射流旋渦控制高速擴壓葉柵分離流動的數值研究.pdf

1、國內圖書分類號：TK471 學校代碼：10213 國際圖書分類號：621.438 密級：公開 工學 工學碩士 碩士學位論文 位論文 射流旋渦控制高速擴壓葉柵分離流動的 數值研究 碩 士 研 究 生 ： 王若玉 導 師 ： 宋彥萍 教授 申 請 學 位 ： 工學碩士 學 科 ： 動力機械及工程 所

2、 在 單 位 ： 能源科學與工程學院 答 辯 日 期 ： 2017 年 6 月 授予學位單位 ： 哈爾濱工業(yè)大學 摘 要 - I - 摘 要 壓氣機作為航空燃氣渦輪發(fā)動機的三大核心部件之一，主要工作在逆壓力梯度環(huán)境下，其內部的流場結構十分復雜，極容易發(fā)生三維流動分離并產生強烈的二次流動，在增加總壓損失的同時降低了壓氣機的增壓能力，影響其氣動性能與工作穩(wěn)定性?，F代航空發(fā)動機高推重比、高效率、低耗油率的發(fā)展趨勢對

3、壓氣機的單級負荷提出了更高的要求，勢必會加劇葉柵內部的流動分離，因此，需要采取一定的流動控制手段對壓氣機的內部流動進行控制。 本文以進口馬赫數 Ma=0.67 的某高速平面擴壓葉柵為研究對象，采用射流旋渦發(fā)生器對其進行流動控制。 射流旋渦發(fā)生器為貫穿葉片的等直徑圓孔結構，利用吸力面與壓力面之間的壓差產生射流，通過射流與主流之間的夾角誘導產生旋渦結構，屬于被動流動控制技術，相比于傳統(tǒng)的流動控制手段具有結構簡單、低能耗、高效率等優(yōu)勢。 數值

4、研究結果表明，在合適的射流位置和角度參數下，射流旋渦發(fā)生器能夠在流場中誘導產生與壁面渦旋向相反的射流旋渦。射流旋渦與柵內的渦系結構相互作用，可有效促進葉片表面附面層與主流之間的動量交換，降低葉柵損失。一方面，射流旋渦通過其下洗作用將主流的高動量流體輸運至吸力面近端區(qū)的附面層內，推遲了角區(qū)流動分離、緩解了流動堵塞，從而降低葉柵端區(qū)的流動損失；另一方面，射流旋渦的上洗作用促進了葉柵中徑區(qū)域流體的摻混，促使壁面渦近中徑分支沿展向遷移，小幅度惡

5、化了中徑側的氣動性能，射流旋渦的總體控制效果取決于其上/下洗區(qū)的綜合作用。 本文還重點討論了設計沖角下射流旋渦發(fā)生器的軸向位置、偏角和高度對其流動控制效果的影響，總結了葉柵氣動性能和流場特性隨射流參數的變化規(guī)律。當射流沿軸向距葉片前緣40%Bx、沿展向距端壁 15%H、射流偏角?=60?時，其降低葉柵流動損失的效果最佳，損失相對降低量可達到 5.2%，而射流流量僅相當于葉柵進口流量的0.27‰。 為了驗證被動流動控制技術在變工況條件下的