高马赫数涡轮叶栅中柯恩达效应作用机理的研究

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柯恩达效应在内流研究中得到了应用,在较低马赫数的压气机以及涡轮叶栅中应用柯恩达射流取得了良好的效果,但是在超声速的工况条件下,流道中激波的影响使得射流与主流提前脱离壁面,导致损失的增大。在马赫数较高的高压压气机中,采用在吸力面和压力面双吹气的方法可以提高气流折转角的性能已经得到了证实。因此,本文基于高亚声速和超声速的涡轮导向器叶栅,构造双射流结构来进行数值模拟研究,希望提高在马赫数较高工况时环量控制叶栅的气动性能。本文采用ANSYS CFX商业软件以高压涡轮导向器叶片为原型进行了二维数值模拟研究。首先对原型叶栅的气动性能作了分析,然后在原型的基础上构造了三种具有不同曲率的柯恩达表面尾缘的环量控制叶栅,并且在吸力面具有射流口的基础上,在压力面尾缘附近的不同位置处构造了第二个射流口,在三种叶栅出口气流马赫数(0.6,0.85和1.1)的工况下对双射流叶栅进行了数值模拟,探讨了压力面射流的加入对各柯恩达尾缘叶栅气动性能和流场的影响。通过对改型后具有双射流结构的环量控制叶栅的数值研究结果进行分析,发现在叶栅出口气流马赫数为0.6时,双射流作用下的环量控制叶栅得到了好于单射流作用的出口气流角和膨胀比,但是同时能量损失系数增大,双射流改善了大曲率柯恩达尾缘上射流附壁效果;出口气流马赫数为0.85时,单射流条件下柯恩达射流的附壁已经非常好,双射流结构中压力面射流的加入反而对流场造成干扰,气动性能有所下降;出口气流马赫数为超声速时,各个环量控制叶栅中双射流的加入对出口气流角性能的提高非常明显,这是由于流道中激波发生推迟了。
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