低速風(fēng)機(jī)內(nèi)部非定常流動(dòng)分離控制及應(yīng)用研究.pdf

1、低速風(fēng)機(jī)廣泛應(yīng)用于國(guó)防、民用領(lǐng)域，其內(nèi)部包含著復(fù)雜的三維、非定常的粘性流動(dòng)問題，對(duì)其分離流動(dòng)的控制是研究的熱點(diǎn)之一。基于對(duì)低速軸流/離心風(fēng)機(jī)內(nèi)流動(dòng)機(jī)理與設(shè)計(jì)方法研究，試圖通過葉片改型設(shè)計(jì)、動(dòng)靜部件匹配性研究對(duì)葉輪流道內(nèi)的壓力梯度分布進(jìn)行控制，從而起到抑制葉片端部分離流動(dòng)，減少端部低能流體聚集的作用，實(shí)現(xiàn)低速風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能的提升與降噪。本文主要圍繞低速軸流風(fēng)扇\前彎離心風(fēng)機(jī)葉片前緣分離流動(dòng)、多翼離心風(fēng)機(jī)葉片尾緣及蝸殼舌部的仿生設(shè)計(jì)等方面開展

2、工作，采用數(shù)值計(jì)算方法對(duì)分離流動(dòng)演變過程進(jìn)行分析，結(jié)合試驗(yàn)對(duì)分離流動(dòng)控制方案進(jìn)行驗(yàn)證，探索提高低速風(fēng)機(jī)氣動(dòng)-聲學(xué)性能的途徑。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在γ-Reθ轉(zhuǎn)捩模型中引入基于當(dāng)?shù)刈兞康膽?yīng)變率雷諾數(shù)Reν，并將求解的間歇因子耦合進(jìn)SST湍流模型能量方程，對(duì)三種不同厚度翼型表面分離誘導(dǎo)轉(zhuǎn)捩進(jìn)行數(shù)值求解，分析不同攻角、雷諾數(shù)影響下的前緣、尾緣分離流動(dòng)結(jié)構(gòu)特征及渦系演變過程；對(duì)NACA0006翼型前緣型線進(jìn)行改型，給出不同前緣形狀

3、對(duì)吸力峰、壓力損失及邊界層內(nèi)速度梯度分布的影響。⑵在低速軸流風(fēng)機(jī)中引入了葉片前緣保凸設(shè)計(jì)方法，對(duì)某半開式軸流風(fēng)扇葉片進(jìn)行前緣改型設(shè)計(jì)應(yīng)用研究。通過控制多邊形各點(diǎn)坐標(biāo)調(diào)節(jié)葉型前緣形狀，采用雙三次Bezier曲面及Casteljau算法完成曲面擬合。探討數(shù)值預(yù)測(cè)中前緣變型對(duì)抑制葉柵截面流動(dòng)分離的內(nèi)在機(jī)制。試驗(yàn)對(duì)比改型前、后風(fēng)機(jī)外特性與噪聲性能，驗(yàn)證了采用前緣保凸法設(shè)計(jì)的低速軸流風(fēng)葉性能方面的優(yōu)越性。⑶基于SST k-ω湍流模型，發(fā)展一種求解

4、強(qiáng)旋流、彎曲葉片表面流動(dòng)問題的非線性模型。運(yùn)用模型對(duì)90°彎管內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行仿真預(yù)測(cè)，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果評(píng)估改進(jìn)模型的準(zhǔn)確性。應(yīng)用改進(jìn)湍流模型對(duì)具有狹長(zhǎng)流道特征的前彎離心風(fēng)機(jī)內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行性能預(yù)測(cè)，分析葉片前緣時(shí)均化渦量云圖，發(fā)現(xiàn)分離渦呈現(xiàn)不均勻分布，采用非對(duì)稱進(jìn)氣控制方案抑制葉片前緣分離流動(dòng)，結(jié)果表明：該方案減小了分離渦大小，改善了氣動(dòng)性能，研究過程中結(jié)合外特性試驗(yàn)及噪聲測(cè)試進(jìn)行方案驗(yàn)證。⑷基于多翼離心葉輪出口速度分布特征，建立尾跡相似模型，引用速