尾缘锯齿结构对高速扩压叶栅气动性能的影响

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1、硕士学位论文尾缘锯齿结构对高速扩压叶栅气动性能的影响INFLUENCEOFTHETRAILINGEDGESERRATIONONTHEAERODYNAMICPERFORMANCEOFAHIGHSPEEDCOMPRESSORCASCADE于永川哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TK471学校代码：10213国际图书分类号：621.438密级：公开工程硕士学位论文尾缘锯齿结构对高速扩压叶栅气动性能的影响硕士研究生：于永川导师：刘华坪副教授申请学位：工学硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2018年6月授

2、予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK471U.D.C:621.438DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringINFLUENCEOFTHETRAILINGEDGESERRATIONONTHEAERODYNAMICPERFORMANCEOFAHIGHSPEEDCOMPRESSORCASCADECandidate：YuYongchuanSupervisor：A/Prof.LiuHuapingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEng

3、ineeringSpeciality：PowerEngineeringAffiliation：EnergyScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要作为航空发动机的核心部件之一，对风扇/压气机内部流动的控制可以显著提高其压比，减少损失，对提升航空发动机的性能有重要意义。而随着压气机叶片负荷的提高，其内部流动分离情况更为严重，附面层低能流体向吸力面角区的堆积，产生

4、严重的尾缘脱落涡和集中脱落涡，导致尾迹掺混损失，并恶化了下游叶栅的进口气流条件。因此，有效的控制二次流和角区分离对提高压气机性能有重要意义。本文基于RANS数值方法研究了尾缘锯齿结构对于高速扩压叶栅气动性能影响的作用，深入分析了尾缘锯齿结构作为被动流动控制的作用机理，并给出了锯齿结构三个参数（锯齿顶角φ，弦长λ/H及展向位置h/H）对于本文所用高速扩压叶栅气动性能的影响规律，并给出最优化锯齿参数组合。同时，为验证尾缘锯齿结构在变工况下的适用范围，进而选取最优锯齿参数组合的尾缘锯齿结构叶栅进行非设计工况数值计算，以验证该流动控制

5、手段的适用性。由于锯齿结构的存在而产生的高速射流所带来的动量注入，以及锯齿射流旋涡所引起的动量交换，叶栅角区低能流体被注入了新的能量。这使得集中脱落涡、尾缘脱落涡和叶栅流道后尾迹掺混都得以削弱。同时，位于恰当位置的尾缘锯齿结构，可以阻挡部分来自相邻叶片压力面横向迁移的气流，并对低能流体的径向迁移起到一定的阻断作用。与原型叶栅相比，采用尾缘锯齿结构后，尾迹损失大幅降低，静压系数有所提升，但出口气流角有略微减小。而尾缘锯齿结构的三个关键参数（锯齿顶角φ，弦长λ/H及展向位置h/H）则是影响锯齿结构控制叶栅气动性能的主要因素，根据本

6、文的研究结果，当采用顶角φ=45°，弦长λ/H=12.5%的锯齿结构位于距离端壁h/H=12.5%叶高位置（正对角区低能流体的核心位置）可以使得叶栅总压损失系数降低达到8.9%，静压系数提升2.2%，但出口气流角则减小了0.93°。对于最优参数组合(φ=45º,h/H=12.5%,λ/H=12.5%)的尾缘锯齿叶栅，分别从变攻角和变来流马赫数两种不同的非设计工况形式对尾缘锯齿结构影响叶栅气动性能的机理进行了进一步的分析。结果表明尾缘锯齿结构有良好的适应性，可以在较大攻角变化范围及较大来流马赫数变化范围内提升叶栅气动性能。当来流

7、马赫数为Ma=0.5时，最多可以使得叶栅总压损失系数下降9.3%。因此，作为一种被动流动控制手段，尾缘锯齿结构有较强的适用性和应用前景。关键词：高速扩压叶栅；流动控制；锯齿尾缘；尾迹损失；射流旋涡-I-AbstractAbstractAsoneofthecorecomponentsoftheaeroengine,thecontroloftheinternalflowofthefan/compressorcansignificantlyincreaseitspressureratio,reducelosses,andhavean

8、importantsignificanceforimprovingtheperformanceoftheaeroengine.Withtheincreaseofbladeloadofcompressor,theinternalflowseparationismoreserio