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1、中圖分類號：V231.3論文編號：102870218-S085學(xué)科分類號：082502碩士學(xué)位論文壓氣機(jī)葉柵葉尖渦系結(jié)構(gòu)及非定常流動控制研究研究生姓名張志遠(yuǎn)學(xué)科、專業(yè)航空宇航推進(jìn)理論與工程研究方向內(nèi)流流動控制指導(dǎo)教師黃國平教授南京航空航天大學(xué)研究生院能源與動力學(xué)院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringResearchontheTipVortexStructureandUnsteadyFlowControlofCom
2、pressorCascadeAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyZhangZhiyuanAdvisedbyProf.HuangGuopingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承諾書本人聲明所呈交的碩士學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得南京航空航天大學(xué)或其他教
3、育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。本人授權(quán)南京航空航天大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本承諾書）作者簽名：日期：南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要本文針對NACA64-A905帶間隙擴(kuò)壓葉柵葉尖渦系結(jié)構(gòu)的擬序流動特征以及對其流動控制的方法及機(jī)理開展了數(shù)值計(jì)算工作，對擴(kuò)壓葉柵三維擬序流動過程及特性充分研究的基礎(chǔ)上，提出了一種在機(jī)匣上開抽吸孔的方式來實(shí)現(xiàn)非定常激勵控制葉尖區(qū)域非定常擬序渦結(jié)構(gòu)的技術(shù)思路，探究了該形式非定常激勵對于流場結(jié)構(gòu)的控制機(jī)理，并研究了激勵位置對于控制效果的影
4、響規(guī)律。本文主要工作和結(jié)論如下：首先利用定常數(shù)值模擬方法并結(jié)合漩渦判別準(zhǔn)Q準(zhǔn)則的流場可視化技術(shù)針對對擴(kuò)壓葉柵葉尖流場結(jié)構(gòu)有重要影響的三個因素：端壁移動速度、來流攻角、葉尖間隙大小對葉尖流場的影響規(guī)律進(jìn)行了研究，研究表明：端壁移動會使通道渦耗散，同時(shí)使泄漏渦形態(tài)發(fā)生改變并且與軸向夾角變大；通過對額定攻角到失速攻角的進(jìn)口攻角計(jì)算發(fā)現(xiàn)大攻角下葉背側(cè)分離渦在葉尖轉(zhuǎn)變?yōu)槿~尖尾緣軸向分離渦，該分離渦一方面不斷卷吸泄漏流，使泄漏流周向泄漏速度降低，不再匯入泄漏渦中，另一方面該分離渦也使葉尖間隙內(nèi)有效通流面積降低，對于泄漏流有一定的抑制作用，當(dāng)攻角一定時(shí)，隨著葉尖間隙的變化，存在某一間隙使得抑制
5、作用達(dá)到最大，此時(shí)的葉尖間隙為最佳間隙，此間隙下葉柵總壓損失最小。其次通過大渦模擬的數(shù)值計(jì)算方法，對近失速工況下的旋渦結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)了葉尖區(qū)域次泄漏渦的存在。近失速工況下，主泄漏渦向下游發(fā)展過程中會發(fā)生破碎，造成葉尖堵塞與熵增損失，而次泄漏渦在通道下游匯入主泄漏渦的過程中也會發(fā)生破碎；通過快速傅利葉變換得到葉尖泄漏渦主頻，隨著泄漏渦向下游發(fā)展，泄漏渦頻率波動幅值降低，雜頻波動幅值增大。通過對不同時(shí)刻流場進(jìn)行分析，得到了分離渦與泄漏渦動態(tài)耦合過程，并發(fā)現(xiàn)泄漏渦的周期性擺動與葉尖角區(qū)分離渦團(tuán)的周期性脫落是葉尖流場具有非定常性的主要原因。最后本文對不同激勵位置對流場的控制效果及機(jī)理
6、進(jìn)行分析，研究表明：激勵位置位于葉柵前緣時(shí)，總壓損失系數(shù)下降4.5%，激勵位于葉柵尾緣時(shí)，無法降低葉柵的總壓損失。兩種激勵位置均可以使葉尖區(qū)域前緣的載荷降低，有助于對提高壓氣機(jī)的穩(wěn)定裕度。通過對有控狀態(tài)葉尖流場頻率研究發(fā)現(xiàn)，與無控狀態(tài)下泄漏渦主頻幅值較小不同，此時(shí)葉尖泄漏渦存在一個明顯的主頻，主頻大小接近于激勵頻率大小。與無控狀態(tài)雜頻幅值較大，泄漏渦主頻不明顯相比，有控狀態(tài)的雜頻幅度值大小得到了較為明顯的抑制作用，此時(shí)的葉頂區(qū)域流場通過非定常激勵信號與流場的非線性作用使流場處于較為有序化的共振狀態(tài)。關(guān)鍵詞：擴(kuò)壓葉柵，數(shù)值模擬，泄漏渦，渦系結(jié)構(gòu)，非定常流動控制I壓氣機(jī)葉柵葉尖渦系結(jié)
7、構(gòu)及非定常流動控制研究ABSTRACTInthispaper,NACA64-A905diffusercascadewithtipclearanceisadoptedtostudythetipvortexflowcharacteristicsandtheflowcontrolmethodsmechanismswiththewayofnumericalsimulation.Basedonthesufficientstudyonthethree-dimensionalflowfield
