航空工业的飞速发展要求缩短发动机的研制周期、降低科研和试验成本。数值模拟技术的进步在一定程度上满足了这一需求。本文用数值模拟的方法对民机风扇/增压级内外涵道的三维稳态流场进行计算分析,得出详细的速度、压力等流动参数的分布,为叶片优化设计以及气动声学评估提供一定的依据。 本文数值模拟的对象是某涡轮风扇发动机的风扇/增压级,区域是从风扇进口到增压级出口以及整个外涵道。数值分析的整体结果表明:该航空发动机在设计工况下的气动性能基本达到设计指标的要求,同时,详细流场数值分析的结果也呈现了各气动参数分布合理,内涵道各级压比分配协调,为该压气机的型号设计提供了定性的判别依据。 在设计转速下出口背压降低一定程度时,将出现堵塞现象,在内涵道出现流动堵塞时,内涵道第四级动叶顶部区域压力面前缘出现回流迹象,对比堵塞状态与设计工况的气动参数时发现:堵塞状态下各排叶片进口气流角绝对值较设计工况增大,即进口负冲角增大,说明在堵塞状态下,气流容易在压力面产生分离。 在设计转速下出口背压升高到一定程度时,会发生旋转失速,本文对比了近失速工况和设计工况下的流场,在内涵道近失速点,内涵第二级静叶顶部区域吸力面尾缘附近出现回流区,各排叶片进口气流角绝对值减小,即进口正冲角增大,导致吸力面流动不稳定分离现象加剧,是动叶通道内部旋转失速团形成的主要原因。 本文对比了轴向进气和非轴向进气时内涵道计算的结果,其中非轴向进气的进口边界条件是根据整体联算的结果中内涵道进口气流参数给定的,分析模拟的结果发现轴向进气和非轴向进气内涵道的性能都达不到设计指标,但非轴向进气的结果更好一些。这说明内涵道进口边界条件对内涵道性能影响很大,由于内涵道进口边界条件很难设定,因此单独进行内涵道的计算是很难真实反映内涵道在整个风扇/增压级中的气动性能的,进行风扇/增压级的整体模拟是必要的。