低速軸流渦輪分離流動的數值模擬與流動控制.pdf

1、渦輪是航空發(fā)動機和地面燃氣輪機的重要組成部件。在低雷諾數的情況下，渦輪內部的邊界層流動主要為層流流動。在逆壓梯度的作用下，層流邊界層容易發(fā)生流動分離，并且可能存在轉捩。因此渦輪內部的流動非常復雜。分離流動會大大降低渦輪的效率和穩(wěn)定性，因此研究渦輪內部的分離流動及其控制方法具有重要意義。當前對低速渦輪內部流動及流動控制的研究均針對直列葉柵。對實際渦輪中分離流動控制方法的研究很少。針對這一問題，在本文中，做了如下研究:
　　(1)低速

2、渦輪在低雷諾數下的內部流動機理研究。分別采用層流模型、SST湍流模型、轉捩SST模型和基于WALE模型的大渦模擬對某低速軸流渦輪在低進口雷諾數下的內部流動進行了數值模擬。與實驗結果的對比發(fā)現大渦模擬和轉捩SST模型均能較準確的模擬出靜葉吸力面的層流分離和葉片通道內的二次流動。
　　以大渦模擬WALE模型的模擬結果為基礎，對低速渦輪的內部流動進行了詳細的分析，得到以下結論:靜葉葉片表面存在大尺度的分離流動，分離流動沿徑向有葉頂向葉根

3、流動;由于分離流動、回流以及葉根處通道流動的共同作用，靜葉葉根處的速度損失要明顯高于葉頂處的速度損失。靜葉尾跡對流動角的影響較小，對流動角起決定性作用的因素是葉片表面的分離流動。隨著湍流強度的提高靜葉表面的分離流動推遲。動葉入口處的低速微團在動葉通道內做周向運動的同時沿徑向運動;高速微團則主要做周向運動。動葉尾緣存在較大的分離流動。
　　(2)低速渦輪在低雷諾數下的分離流動控制方法研究。研究了C型槽、V型槽、粗糙帶和凸臺四種被動控

4、制方法和基于射流渦流發(fā)生器的主動控制方法。當來流湍流度為2％時，C型槽、V型槽以及租糙帶三種被動控制方法未能起到抑制分離的效果。凸臺在加載到前緣和最大厚度處時均可有效抑制流動分離，加載到分離前則會導致分離提前。當來流湍流度為0.5％時，四種被動控制方法均失效，只有射流渦流發(fā)生器能夠起到抑制分離流動的效果。當射流吹風比小于2時控制效果不明顯。當吹風比為2時則可以較好的控制流動分離。
　　對于不同控制方法產生不同控制效果的原因進行了分