凹坑结构影响跨声速矩形扩压叶栅气动性能的数值研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qutong19921107
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随着现代航空发动机的发展,作为航空发动机的重要组成部分之一的压气机也在不断的发展,压气机的压比和负荷在不断提高,随着负荷的提高,损失与流动过程中产生的分离与失速现象也进一步制约了压气机的性能。在压气机静叶流动中,根部角区损失与尾迹损失往往是压气机损失的主要构成部分。目前已存在多种主被动控制方法减损,本文采用叶片表面凹坑的被动控制技术,以DMU37静叶顶部90%叶高叶型为研究对象,探究凹坑结构对该叶型流动损失的影响及其作用机理,研究发现凹坑结构可以有效抑制附面层的分离,并能减小壁面剪切应力,在近失速工况下对角区损失及尾迹损失均有所改善。具体工作如下:本文首先对原型叶栅进行了 CFD数值模拟,并对其进行了实验校核,验证了数值计算的可行性,并得到近失速冲角,参考已有研究对凹坑进行参数设计,在叶片表面布置等间距凹坑结构,采用CAD、UG、CFX等商业软件进行建模以及数值计算,探究凹坑结构在近失速工况下的作用效果。得到近失速冲角后,在近失速工况下对吸力面凹坑叶栅进行了数值模拟,探究凹坑位置及尺寸对流动的影响,结果表明当凹坑位置位于靠近尾缘附近时效果较好,能有效降低尾迹损失,凹坑尺寸变化对流场产生不同的影响,对本研究对象而言,当相贯球体半径为0.5mm时,效果最好。凹坑结构在流动中可以增加微扰动,提高附面层内湍动能水平,使附面层抗分离能力增强,从而能有效抑制附面层分离并减小损失,提高整体性能。根据得到的最佳凹坑方案,对凹坑叶栅变工况进行了计算,主要探究了变来流冲角和变马赫数对流动的影响,结果表明,在各个工况下,凹坑结构均能对降低损失产生较好的影响,在部分工况下虽然有负影响,但影响较小。最后对压力面布置凹坑进行了初步探究,发现压力面凹坑能更好的发挥凹坑在流动中的“滚动轴承”效应,有效减少壁面剪切应力,从而减少摩擦损失,并一定程度上对尾迹损失有所影响。
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