【摘 要】
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目前航空高性能发动机对压气机的要求越来越严苛,愈发追求更高的压比和效率。压比的提高使得叶片表面和端壁附面层分离等复杂的流动严重影响压气机效率,并阻碍了压比的提升。
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目前航空高性能发动机对压气机的要求越来越严苛,愈发追求更高的压比和效率。压比的提高使得叶片表面和端壁附面层分离等复杂的流动严重影响压气机效率,并阻碍了压比的提升。附面层抽吸技术作为一种新型的主动控制技术,可以吸除端壁或叶片表面的低能流体,减小角区分离,叶栅中的流动状况得到极大改善,损失减小的同时压气机的扩压能力也得到提高。因此选择附面层抽吸技术作为研究课题具有重要的意义。本文主要研究工作如下:本文采用CFD数值模拟的计算方法,对跨声速平面扩压静叶栅DMU-37进行附面层抽吸的研究,从总压损失、极限流线、叶表静压分布以及马赫数分布等方面探究不同位置处附面层抽吸对跨声速平面扩压静叶栅气动性能和流场结构的影响,得出附面层最佳抽吸位置。本文在以下几个方面展开探究:首先,利用ICEM软件对叶栅通道进行结构化网格划分,并验证数值方法可行性。探究原型叶栅设计冲角下叶栅流动特性和损失机理,发现平面扩压叶栅上下流动具有极好的对称性,角区分离起始位置位于吸力面型线约50%处,角区分离范围较大。其次对原型叶栅进行了端壁附面层抽吸和吸力面附面层抽吸的研究,系统研究了不同抽吸槽位置、不同抽吸流量对该叶栅性能的影响以及流场结构的变化。研究发现,对于端壁附面层抽吸方案,靠近角区分离起始点处抽吸效果更好,角区分离由闭式分离转变为开式分离,可以明显降低角区损失;变冲角时,叶栅损失随冲角增大而呈现先减小后增大的趋势,且正冲角下损失沿叶高方向快速发展进而失速,变冲角附面层抽吸能有效降低抽吸侧损失,但在正冲角下非抽吸侧出现了分离提前损失增大的现象:对于叶片吸力面局部叶高抽吸方案,靠近前缘的抽吸槽均使角区分离范围沿周向略微扩展,靠后的抽吸槽能吸除更多低能流体,对叶栅扩压能力提升最大;对于叶片吸力面全叶高进行抽吸,靠近前缘的抽吸槽对叶展中部流场改善更大,而靠近尾缘的抽吸对角区内流场改善较大,但吸力面附面层抽吸并未从根本上抑制角区分离的发生。最后,将最佳叶片吸力面全叶高抽吸方案和不同端壁抽吸方案组合,研究发现,最佳组合抽吸方案对应的端壁抽吸槽应靠近角区分离起始点处,叶展中部流场得到改善的同时,角区分离由闭式分离向开式分离转变,进一步降低了叶栅损失,叶栅扩压能力也得到明显提高。
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