大弯角串列叶栅间隙效应数值研究

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1、第4卷第4期航空工程进展V01．4No．42013年11月ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGNov．2013文章编号：16748190(2013)04—443—07大弯角串列叶栅间隙效应数值研究魏巍，刘波，李俊(西北工业大学动力与能源学院，西安710072)摘要：为了将串列叶栅更好地应用于高负荷核心压气机后面级，通过直列叶栅的方法，引入高度倾斜的附面层来流条件，对采用串列叶栅作为核心压气机后面级的静子进行变问隙数值模拟研究。比较低展弦比串列叶栅不同间隙、不同附面层来流

2、条件的叶栅整体性能、尖部载荷及叶尖泄漏涡的发展情况。结果表明：随着间隙增大，叶尖区域堵塞加强，损失加大；倾斜附面层来流，低叶展总压损失得到明显改善；小间隙时叶尖产生两个间隙泄漏涡，前叶泄漏涡在叶栅通道中部消失，后叶泄漏涡在近前缘产生；随着问隙增大，泄漏涡绕卷起始点后移。关键词：轴流压气机；高压压气机；大弯角静子；串列叶栅；间隙效应中图分类号：V231．3文献标识码：ANumericalStudyontheClearanceEffectsofaHigh-turningTandemCascadeWeiWei，LiuBo。L

3、iJun(SchoolofPowerandEnergy，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Inordertoimprovetheapplicationoftandemcascade，tomakeitbetterapplytOhighloadcorecompressor，therearstages’clearanceeffectsofhighpressurecompressorwithtandemstatorarecaptured

4、．Arede—signofahigh—turningtandemcascadeisstudiedinthemanneroflinearcascadewithdifferentclearancesizes．Thecascadeperformances，tiploadingandthedevelopmenttrajectoryofleakagevortexarecomparedwithcol—lateralinletboundarylayerandskewedinletboundarylayer．Theresultssho

5、wthatthetipregionblockageisburdenedandtotalpressurelossissharpenedwiththeclearanceincreasing．Withtheskewedinletboundarylay—er，thepressurelossisdecreasedclearlyatthelowspan．Twoleakagevortexesarecapturednearthetipregionwith2％spanclearance．Thefrontblade’Sleakagevor

6、texvanishesinthepassage，andthesecondleakagevortexemergesneartheleadingedgeofrearblade．Withtheclearanceincreasing，theroll—uppointmovesdown—Stream．Keywords：axialcompressor；highpressurecompressor；high—turningstator；tandemcascade；clearanceeffects0引言叶尖间隙流动是影响叶轮机械高效运转

7、的重要方面之一。由于叶片吸、压力面尖部区域压力不同，而产生由压力面向吸力面流动的间隙泄漏流。收稿日期：2012—1卜26；修回日期：2012—12—19基金项目：国家自然科学基金(51236006)通信作者：魏巍，nwtu@163．cornJ．D．Denton[11指出在不考虑循环效率影响因素的前提下，间隙泄漏流的损失几乎占到总损失的1／3。在压气机中，间隙流动会降低叶片载荷，产生通道堵塞，并对部分压气机的整体稳定工作范围产生较大影响口]，因而一直是叶轮机械领域的研究热点。串列叶栅是一种高负荷叶栅，可以有效地控制叶片附

8、面层的增长，推迟流动分离的产生，因其具有大折转角和小总压损失的特点而备受国内外研究人员关注[3。5]。近年来，串列叶栅的研究主要集444航空工程进展第4卷中于高负荷串列转子¨‘71及大弯角串列静子[8-10]，静子主要针对高临界来流马赫数工况，多应用于风扇静叶根部。串列叶栅也应用于高压压气机末级静子，由于后面级或末级静子对径向间隙