高负荷扩压叶栅附面层抽吸对分离流动控制研究

《高负荷扩压叶栅附面层抽吸对分离流动控制研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文高负荷扩压叶栅附面层抽吸对分离流动控制研究INVESTIGATIONOFTHESEPARATIONFLOWCONTROLOFBOUNDARYLAYERSUCTIONINHIGHLOADCOMPRESSORCASCADE兰云鹤哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TK472学校代码：10213国际图书分类号：621.438密级：公开工学硕士学位论文高负荷扩压叶栅附面层抽吸对分离流动控制研究硕士研究生：兰云鹤导师：陈绍文副教授申请学位：工学硕士学科：动力机械及工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业

2、大学ClassifiedIndex:TK472U.D.C:621.438DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringINVESTIGATIONOFTHESEPARATIONFLOWCONTROLOFBOUNDARYLAYERSUCTIONINHIGHLOADCOMPRESSORCASCADECandidate：LanYunheSupervisor：AssociateProf.ChenShaowenAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Pow

3、erMachineryandEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScienceandEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要航空发动机的发展决定着我国航空事业的水平，只有航空发动机达到了先进水平，航空事业才能不断发展进步。作为航空发动机中重要部件之一的压气机的气动性能的高低也是影响航空发动机性能的关键因素。随着压气机负荷的增加，叶栅内的流动分

4、离情况也逐渐加剧，使得高负荷压气机的设计变得较困难。为了解决这一难题，MIT提出了“吸附式压气机”的概念，而国内哈工大王松涛教授则提出了只在静叶中进行附面层抽吸的高负荷低反动度吸附式压气机设计概念。由于该类压气机动叶采用了低反动度设计，因此其下游与之相匹配的静叶负荷将会升高，故在静叶中需要采用附面层抽吸技术来控制静叶栅中的分离流动，提高压气机的气动性能。本文选择了亚音速和跨音速两种低反动度单级压气机的静叶进行附面层抽吸，研究附面层抽吸对该压气机静叶内分流流动的控制及气动性能的影响。为了使得数值计算结果更具有工程实际应用性，本文在静叶中设计了叶片空腔、抽

5、吸孔或抽吸槽以及端壁引气腔等结构。本文选择Stage35来进行数值计算方法验证，网格数为100万，采用k-ε湍流模型。通过将数值计算结果与实验结果进行对比，证明本文采用k-ε湍流模型计算得到的结果是可靠的，本文采用的数值计算方法可行。在证明数值计算方法可靠后，本文先以低转速的亚音速压气机静叶为附面层抽吸研究对象，在静叶中通过叶片空腔、吸力面与端壁抽吸孔以及端壁引气腔等抽吸结构进行附面层抽吸。依据原始的压气机分离流动形式，初步设定了下端壁与吸力面联合抽吸的附面层抽吸方案。选择一个“特定的”工况进行数值计算，结果表明，只采用下端壁和吸力面进行附面层抽吸，上

6、端壁区域会出现流动恶化，但是随着抽吸量的增加，流动情况会得到进一步的改善，压气机的总性能会有明显提高；通过调整局部的抽吸量或者抽吸位置的方式，能够使各部分抽吸量重新分配，从而使附面层抽吸效果更显著，证明通过调整局部抽吸方式来改善抽吸效果的策略是可行的。在下端壁与吸力面联合抽吸方式的研究基础上，本文添加了新的附面层抽吸方案，采用了上、下端壁与吸力面联合抽吸的方式，保留叶片空腔等实际抽吸结构。研究了整个工况范围内附面层抽吸对叶栅内分离流动的控制作用以及其对压气机气动性能的影响。研究结果表明，当采用上、下端壁双侧抽吸时，附面层抽吸能够很好的控制整个工况范围内

7、的分离流动，且总压比以及效率均有所提升，压气机的气动性能得到进一步的改善；适当地增加抽吸量也可获得-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文性能的明显提升，效率最高可达0.91，总压比最高可达1.055。同时本文还对比研究了下端壁单侧抽吸方案在变工况时，对分离流动的控制效果。研究结果显示，单侧抽吸虽然也能够控制近堵点的流动分离，但是特性线中会存在折转点，即级出口背压升高到某一数值时，上端壁区域会出现大尺度的分离流动，压气机的性能会突然下降。而且在折转点前后，不同位置的抽吸量会自动重新分配。通过对比可以看出两侧抽吸才能够在整个工况范围内较好的控制叶栅内的分离流

8、动，保证压气机在整个工作范围内都具有较高的效率和总压比。最后本文针对高转速的跨音速压气机进行附