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《對轉壓氣機輪緣端壁抽吸流場特性數(shù)值分析及實驗研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、航空學報ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaSep．252015Vol36No．92968-2980lSSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn對轉壓氣機輪緣端壁抽吸流場特性數(shù)值分析及實驗研究史磊，劉波*，巫驍雄，那振結，張鵬西北工業(yè)大學動力與能源學院，西安710072摘要：以某雙排對轉軸流壓氣機為研究對象，通過區(qū)域縮放法開展非定常數(shù)值研究。數(shù)值結果顯示近喘點附近轉子2(R2)葉尖泄漏流動造成了高葉展范圍內的流動阻塞以及高熵
2、流動區(qū)域的產生，下游出口導流葉片承受著非常不利的來流條件。通過在轉子葉尖近高熵流動核心區(qū)輪緣端壁處設置抽吸孔進行低能流體的移除能夠明顯改善葉尖區(qū)域的流場品質，提高壓氣機工作特性。根據(jù)數(shù)值研究結果，重新設計并加工了用于端壁抽吸的輪緣機匣，搭建了附面層抽吸系統(tǒng)及測控系統(tǒng)。在80％設計轉速下，針對轉子2葉尖進行端壁附面層抽吸，相對抽吸流量為1．0％。實驗結果顯示，端壁附面層抽吸應工作在低于原始特性最高效率點所在流量的小流量范圍內。在此流量范圍內端壁抽吸會大幅提高工作效率，改善壓氣機負荷水平。而在高于此流量的范圍內，端壁附面層抽吸會帶來負面影響
3、。關鍵詞：對轉壓氣機；非定常計算；區(qū)域縮放法；端壁附面層抽吸；工作特性中國分類號：V231．3文獻標識碼：A文章編號：1000—6893(2015)09—2968—13高效節(jié)能一直是壓氣機設計中不斷追尋的目標口。2]，然而葉片通道內部各種渦系結構的相互作用以及近些年來平均級負荷的提升[3‘4]，壓氣機工作效率難以維持在較高水平。在壓氣機廣泛應用的今天，面對日益緊迫的能源危機[5]，較大幅度地提高壓氣機工作效率不僅會帶來可觀的經濟利益更能緩解世界能源壓力，為社會的可持續(xù)發(fā)展爭取更多空間。研究表明壓氣機轉子葉尖間隙對效率和喘振裕度有較大影響
4、，由其引起的旋渦會引起葉尖區(qū)域的流動阻塞甚至導致失速現(xiàn)象的發(fā)生。目前針對轉子葉尖流動控制的手段較多，根據(jù)是否有能量輸入大致可分為葉尖噴氣及自循環(huán)[6剖、等離子體激勵口。1【、附面層抽吸等主動控制方法和葉尖小翼‘1213
5、、葉頂肋條‘14-153、葉頂凹槽m。181等被動控制方法。相比于其他控制方法，輪緣端壁附面層抽吸具有獨特的優(yōu)勢。因為發(fā)動機一般會從高壓壓氣機末級或者中間級引氣作為渦輪冷卻、機艙空調系統(tǒng)和飛機除冰等用氣，如果引氣的影響在設計中未能正確的反映，會導致壓氣機性能的下降，尤其是喘振裕度的降低[1爭20]。若將壓氣機級間引氣全部
6、或者部分轉移到轉子葉尖合理位置處，不僅可以滿足引氣的要求，同時還能改善尖部流場品質，提高壓氣機的工作效率，擴大穩(wěn)定工作范圍。而且引氣處的氣流經過前期壓縮已經具備了較高的壓升，抽吸無需借助外力，其工程應用價值較高。目前關于端壁附面層抽吸的實驗研究工作并不多。美國麻省理工學院在1998—2003年之間開展了高負荷吸附式壓氣機的設計及實驗驗證工收稿日期：2014—09—29；退修日期：2014．10-31；錄用El期：2014-12-09；網絡出版時間：2015—01-2815：08網絡出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail
7、／11．1929．V．201501281508．001．html基金項目：國家自然科學基金(51236006)*通訊作者．Tel．：029-88488029E-mail：liub0704@nwpu．edu．cn}
8、用格武lShiL．LiuB．WuXX．etal．Numericalanalys，sandexperimentalresearchofshroudcasingboundarylayerremovalonacounter-rotatingcompressorEJJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSini
9、ca，2015，36(9)：2968-298&史磊·翹渡，巫驍雄，等．對轉壓氣杌輪緣端壁接吸流場特性數(shù)值分析及實驗研究[國．航空學報，2015，36(9)：2968-2980．史磊等：對轉壓氣機輪緣端壁抽吸流場特性數(shù)值分析及實驗研究作[2“。由于吸附式壓氣機負荷很高，為了降低泄漏流動所帶來的設計及分析難度，轉子被設計成了戴冠結構，因此缺少關于端壁抽吸控制葉尖泄漏流動的實驗研究。Rolls—Royce公司在2008年針對某轉子葉尖機匣處的端壁附面層抽吸進行了數(shù)值研究。數(shù)值結果顯示，端壁附面層抽吸可以改善近端壁處的流動阻塞狀況，降低流動損失
10、心2
11、。西北工業(yè)大學的王掩剛等心3]以NASARotor35為研究對象，數(shù)值分析了上端壁抽吸對于近端壁區(qū)域流場的影響，結果顯示附面層抽吸改善了近端壁區(qū)域的進出口氣流角。對于對轉壓氣機而言，反轉的壓氣機轉子葉
