离心压缩机可调导叶尾缘吹气实验与数值研究

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大多数工业离心压缩机为了保证变工况下的性能,常安装进口可调导叶。当进口可调导叶处于较大开度时会产生较大的冲角,造成不可忽视的压力损失,同时进口可调导叶产生尾迹,使叶轮的气动载荷增加,压缩机的气动性能下降,效率降低。通过尾缘吹气这种主动流动控制技术,可以有效减少叶片尾迹区的速度亏损和压力亏损,从而减少了下游叶片的叶片负荷、边界层的分离和尾迹与主流掺混带来的损失。因此,研究离心压缩机可调导叶不同开度下的尾迹区流动,对于减小损失和提升效率有着重要的意义。本文采用环形叶栅实验与数值研究相结合的方式,对不同吹气状态下,可调导叶不同开度、不同截面的气动特性进行了详细的研究。实验方面,根据相似理论,设计加工实验用开对称双缝与未开缝的可调导叶。基于大连理工大学大流量跨音速叶栅风洞实验室,设计并搭建了整周环形可调导叶尾缘吹气实验台,完善了七孔探针的测试方法,使用高精度测试系统进行实验测量。得到了可调导叶栅前和栅后共4个测量截面,3个开度下的实验结果:栅前流场均匀性较好,湍流度较低;未吹气状态下,随着开度增加,导叶栅后流场尾迹区按规律沿周向偏离,也可以明确观察到尾迹区的压力亏损与速度亏损;吹气状态下,以栅后0.5倍中径处弦长截面为例进行了主要分析,并在其他两个上验证了得到了相同的规律:在0开度工况下,得到了类“W”形的尾迹区流动形态,10开度与20开度下得到了类似倒放的“Z”形的尾迹区流动形态。在数值模拟部分,通过比较实验与数值模拟结果,发现两者吻合较好,验证了数值模拟结果的可靠性,并且对无吹气状态下对可调导叶变开度栅后流场进行分析,观察到了节流现象和翼尖涡等内部流动细节;对吹气状态下无动量亏损尾迹的形成机理做出了解释。在此基础上,还通过对中心单缝吹气,非对称单缝吹气,双缝吹气的比较,发现不同的吹气方式都能达到无动量亏损尾迹的形式,但尾迹流场的分布和吹气效果均有较大的差异,每种吹气方式所需的吹气量也不同,综合来看,双缝吹气的效果更好。
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