高压涡轮全环非定常流动数值模拟.pdf

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1、第40卷第2期2014年4月航空发动机AeroengineV01．40No．2Apr．2014高压涡轮全环非定常流动数值模拟邵飞1，綦蕾1，罗建桥2，刘东华2(1．北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100191；2．中航工业动力机械研究所，湖南株洲412002)摘要：为了进一步准确地掌握涡轮内部复杂流动特征，采用全环非定常数值模拟方法研究了某型高压涡轮内部非定常流动，重点分析了上游导叶尾迹和激波在动叶流动中的非定常作用机制，探讨了引起动叶通道内及叶片表面压力分布周期性变化的非定常扰动。数值结果表明：与尾迹作用相比，由导叶激波

2、引起的非定常效应更为明显，尾迹引起的非定常扰动在动叶0．5倍轴向弦长位置下游较为突出。在动叶流场中及叶片表面上的静压变化显示，在动叶通道内还存在低频扰动，对局部流场的非定常扰动明显。最后指出，在非定常计算时采用区域缩放法对流场中非定常扰动的预测存在一定误差。关键词：非定常；激波；高压涡轮；上游尾迹；低频扰动；数值模拟；航空发动机中图分类号：V211．6文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnki．aeroengine．2014．02．007NumericalSimulationofFullScaleUnsteadyFlow

3、inHighPressureTurbineSHAOFeil，QILeil，LUOJian—qia02，LIUDong—hua2(1．SchoolofJetPropulsion，BeihangUniversity，Bering100191，China；2．AVICPowerplantR．esearchInstitute，HunanZhuzhou412002，China)Abstract：Inordertostudythecomplicateflowcharacteristicintheturbine，theunsteadyfloww

4、asstudiedinhighpressureturbinebythefullscaleunsteadyflownumericalsimulation．TheunsteadymechanismofupstreamIGVwakesandshockintherotorflowWaSanalyzed，andtheperiodicallyunsteadyperturbationwhichcausesthechangeofbladepassageflowandbladesurfacepressuredistributionwasdiscus

5、sed．ThesimulationresultsshowthattheunsteadyeffectcausedbyIGVshockismoreobvious，comparedwiththewakeeffect,unsteadyperturbationinducedbywakeismoreprominentinthedownstreamof1／2axialchord．Thepressuredistributionintherotorflowfieldandonthesurfaceofbladeshowsthat,intherotor

6、flowfieldthereisalowfrequencyfluctuation，whichcausesunsteadyperturbationsignificantlyonthelocalflowfield．ItispointedoutthatcertaineH'orexistswhenpredictingtheunsteadyperturbationusingdomainscalingmethod．Keywords：unsteadyflow；shockwave；highpressureturbine；upstreamwake；

7、lowfrequencyfluctuation；numericalsimulation；aeroengineO引言涡轮内部流动受动静干涉的影响，其流动本质上是周期性非定常的【1-31，叶片排之间的相互作用对涡轮叶片通道内的流动产生不可忽视的影响，如尾迹、位势作用、二次流和激波问等之间的相互作用，以及对流场的非定常扰动。尤其在高负荷跨声涡轮中，在涡轮导叶出口存在很强的尾缘激波和反射波等各种波系，对流场中的非定常扰动更为明显。从20世纪末开始，国内外学者已经开始密切关注高负荷跨声涡轮中的非定常现象。Miller等191通过研究某跨声高

8、压涡轮级下游的非定常流动，发现高压涡轮级和下游静叶之间具有复杂的3维相互作用；Davis等110l对跨声速高压涡轮、过渡段和低压涡轮进行数值模拟，详细讨论了高压涡轮的动静干涉、激波及其反射波对流场的非定常效应，以及对叶片表面压力脉动的影响；邹正平等