C型槽对NACA0009水翼间隙流动影响研究

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叶轮间隙广泛存在于流体机械的转轮室内部,由于高速旋转的叶片两侧压差巨大,在压力的作用下流体通过小尺度的间隙易产生激流,从而引起间隙涡的产生,其存在会严重影响转轮室内部流态,若涡流的流速过快还易导致在靠近叶片表面位置发生空化效应,严重影响流体机械的稳定运行,降低流体机械运行效率,因此对间隙泄漏涡及其抑制方法进行研究是十分必要的。本文使用数值模拟及多目标优化算法等方法,对一种间隙位置开C型槽的被动控制方法进行了探究,对设置槽前后流场特性及影响进行了研究,具体工作如下:(1)在保证具有相同的翼型参数和边界条件的前提下,对不同开槽数量下的C型槽翼型流场特征进行数值模拟,其中选取了曲率修正的SST湍流模型以提高计算精度。根据研究发现泄漏涡的强度在其初生位置具有最大强度,在翼型前缘位置具有较高流速。C型槽的设置改变了间隙流态,一方面翼型前缘即泄漏涡初生位置的流速明显降低,泄漏涡初生强度受C型槽影响明显降低,另一方面其槽内部衍生出新的涡流,即槽泄漏涡,槽泄漏涡在其并入主涡阶段具有较高的强度,在一定程度上减弱了主泄漏涡的强度。且设置多个C型槽会显著增加槽泄漏涡的强度,且改变其产生位置,从而实现较优的涡抑制效果。(2)基于以上对槽数的影响研究,结合已有研究,设计正交实验,对槽数、槽深、槽宽及内侧面的偏斜四个因素进行对翼型性能及涡抑制效果的敏感性分析,使用标准正交表L9(43)进行正交实验设计,对以上四个因素均匀取三种水平,使用极差分析法进行研究。经分析发现,槽深对翼型升阻力及涡等值面都具有较大极差,其中偏斜角度对升力具有最大极差,因此槽的深度对翼型性能及C型槽涡抑制效果具有较大影响。(3)扩大样本量,使用以上四种参数构建翼型升阻比与涡等值面的二阶回归模型,使用响应曲面法进行参数组合设计,对结果进行方差分析,选取其中主要影响因素构建回归模型;使用多目标优化算法对回归模型进行求解得到优化C型槽参数组合,从而实现最佳的升阻比和涡抑制效果。选取优化参数组合进行数值计算,均具有较优的升阻比及涡抑制效果,且回归模型预测误差位于合理水平。
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