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近年来随着对燃气轮机性能要求的进一步提高,对轴流压气机的单级压比也提出了更高的要求。高压比、高负荷的发展趋势必然会导致叶片通道内逆压梯度的增加,更容易发生三维角区分离,并且进气畸变造成压气机流场恶化和性能下降的这一事实已不容忽视,角区分离的主动控制技术研究显得越发重要。而在叶轮机械流场控制的实际应用中,相比在动叶上设置抽吸槽,静叶抽吸无疑会使吸气结构大为简化,并且可以进一步提高静叶的扩压能力。
针对某跨音速轴流压气机静叶近失速工况下吸力面的三维角区分离,首先在均匀进气条件下详细研究了吸力面抽吸槽尺寸和抽吸量对静叶性能和流场的影响,得到吸力面的最佳抽吸方案SSC1,然后将该方案与端壁抽吸结合,以进一步研究组合抽吸参数对抽吸效果的影响,并得到均匀进气条件下的最佳组合抽吸方案EWC;最后在详细分析进口总压畸变流场的基础上,将EWC方案应用于进气畸变,进行了进口周向总压畸变条件下附面层抽吸对控制角区分离有效性的研究。
研究表明:均匀进气条件下,仅采用吸力面抽吸时,抽吸槽越靠近角区分离起始点,对角区分离的控制效果越好,并且随抽吸量增大静叶流场逐渐改善,压气机性能也相应提高。对位于同一弦长位置的吸力面抽吸方案,全叶高抽吸可在全叶高范围内改善静叶流场,位于尾缘的SSC1方案在2%抽吸量下使静叶总压损失系数下降了61.7%,级效率提高了6.9%,而局部叶高抽吸则会使叶根流场有所恶化。对吸力面和端壁组合抽吸,端壁抽吸槽轴向尺寸包含角区分离占据的弦长范围时抽吸效果最好,并且抽吸量越大对叶顶角区的控制能力越强,EWC方案在吸力面和端壁抽吸量均为2%时使静叶总压损失系数下降了66.3%,级效率提高了7.4%。进口总压畸变条件下,组合抽吸对最高效率工况下静叶性能无明显改善,并且使未畸变区流场有所恶化;而近失速工况下组合抽吸对畸变区和未畸变区的角区分离都有较好的控制能力,对畸变区流场的改善要大于非畸变区,并且端壁抽吸量对角区分离的影响更为显著,在抽吸量均为2%时,EWC方案使静叶总压损失系数下降了47.2%,级效率提高了3.8%,相比均匀进气时,对静叶和压气机性能的提升略有下降。
针对某跨音速轴流压气机静叶近失速工况下吸力面的三维角区分离,首先在均匀进气条件下详细研究了吸力面抽吸槽尺寸和抽吸量对静叶性能和流场的影响,得到吸力面的最佳抽吸方案SSC1,然后将该方案与端壁抽吸结合,以进一步研究组合抽吸参数对抽吸效果的影响,并得到均匀进气条件下的最佳组合抽吸方案EWC;最后在详细分析进口总压畸变流场的基础上,将EWC方案应用于进气畸变,进行了进口周向总压畸变条件下附面层抽吸对控制角区分离有效性的研究。
研究表明:均匀进气条件下,仅采用吸力面抽吸时,抽吸槽越靠近角区分离起始点,对角区分离的控制效果越好,并且随抽吸量增大静叶流场逐渐改善,压气机性能也相应提高。对位于同一弦长位置的吸力面抽吸方案,全叶高抽吸可在全叶高范围内改善静叶流场,位于尾缘的SSC1方案在2%抽吸量下使静叶总压损失系数下降了61.7%,级效率提高了6.9%,而局部叶高抽吸则会使叶根流场有所恶化。对吸力面和端壁组合抽吸,端壁抽吸槽轴向尺寸包含角区分离占据的弦长范围时抽吸效果最好,并且抽吸量越大对叶顶角区的控制能力越强,EWC方案在吸力面和端壁抽吸量均为2%时使静叶总压损失系数下降了66.3%,级效率提高了7.4%。进口总压畸变条件下,组合抽吸对最高效率工况下静叶性能无明显改善,并且使未畸变区流场有所恶化;而近失速工况下组合抽吸对畸变区和未畸变区的角区分离都有较好的控制能力,对畸变区流场的改善要大于非畸变区,并且端壁抽吸量对角区分离的影响更为显著,在抽吸量均为2%时,EWC方案使静叶总压损失系数下降了47.2%,级效率提高了3.8%,相比均匀进气时,对静叶和压气机性能的提升略有下降。