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《采用端壁射流式旋渦發(fā)生器的擴壓葉柵流動分離控制研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、博士學(xué)位論文采用端壁射流式旋渦發(fā)生器的擴壓葉柵流動分離控制研究INVESTIGATIONOFFLOWSEPARATIONCONTROLINCOMPRESSORCASCADEUSINGENDWALLVORTEXGENERATORJET馮巖巖哈爾濱工業(yè)大學(xué)2017年12月國內(nèi)圖書分類號：TK471學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：621.438密級：公開工學(xué)博士學(xué)位論文采用端壁射流式旋渦發(fā)生器的擴壓葉柵流動分離控制研究博士研究生：馮巖巖導(dǎo)師：宋彥萍教授申請學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科：動力機械及工程所在單位：能源科學(xué)與工程學(xué)院答辯日期：2017年12月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIn
2、dex:TK471U.D.C:621.438DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringINVESTIGATIONOFFLOWSEPARATIONCONTROLINCOMPRESSORCASCADEUSINGENDWALLVORTEXGENERATORJETCandidate：FengYanyanSupervisor：Prof.SongYanpingAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：PowerMachineryandEngineeringAffiliation：Schoo
3、lofEnergyScienceandEngineeringDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要隨著現(xiàn)代航空發(fā)動機性能的不斷提高，作為發(fā)動機主要部件之一的壓氣機也向著總壓比上升、級數(shù)減少、重量降低的方向發(fā)展，并且葉片負(fù)荷不斷增大，葉柵流道中更易發(fā)生大范圍的流動分離，如何控制和減弱柵內(nèi)的流動分離成為改善壓氣機性能的重要研究方向。射流式旋渦發(fā)生器屬于主動流動控制方法，通過一小股射流與主流的相互作用產(chǎn)生旋渦，對流場產(chǎn)生影響，具有結(jié)構(gòu)簡單、靈活性好的優(yōu)點。將射流
4、式旋渦發(fā)生器應(yīng)用于擴壓葉柵內(nèi)的流動分離控制具有很大的潛力和重要意義。本文基于某一具有NACA65葉型、50°折轉(zhuǎn)角的擴壓葉柵，研究了位于葉柵前緣端壁上的射流式旋渦發(fā)生器對柵內(nèi)流動分離的控制效果。把射流式旋渦發(fā)生器設(shè)計在葉柵前緣，可以從柵內(nèi)二次流形成的初始階段開始就對它的發(fā)展施加影響，而且采用端壁射流也將避免在葉片上開孔或縫，以保持葉片的完整性、降低其制造難度。首先對端壁射流式旋渦發(fā)生器開展了理論研究，將其簡化為傾斜橫向射流問題，建立了一個數(shù)學(xué)分析模型來預(yù)測不同射流條件下反向旋轉(zhuǎn)渦對中較大渦（下文稱為流向渦）的運動軌跡和強度變化。在理論研究的基礎(chǔ)上，數(shù)值研究了不同來流攻角條件下，端壁射流參數(shù)對
5、柵內(nèi)流動分離控制效果的影響規(guī)律，并分析了擴壓葉柵的氣動性能和流場。對端壁射流式旋渦發(fā)生器的理論研究結(jié)果表明，與垂直橫向射流的情況類似，在垂直于流向的橫截面上，傾斜橫向射流產(chǎn)生的流向渦的移動距離和環(huán)量大小僅取決于射流初始沖量在橫截面上的分量。建立的數(shù)學(xué)分析模型顯示，流向渦的移動距離和環(huán)量分別與下游距離的1/3次方和-1/3次方成正比，與射速比（射流速度與來流速度的比值）的2/3次方和4/3次方成正比，隨著射流前向傾角（射流與其在壁面投影的夾角）的增大，二者隨之增大，隨著射流側(cè)向傾角（射流在壁面的投影與來流的夾角）的增大，二者表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢，在側(cè)向傾角為90°時達(dá)到峰值。對比以往文獻(xiàn)中
6、的實驗數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，本分析模型較好地預(yù)測了不同射流條件下流向渦的移動軌跡和環(huán)量變化趨勢。將端壁射流式旋渦發(fā)生器應(yīng)用于擴壓葉柵內(nèi)的流動分離控制，在設(shè)計零攻角條件下改變射流的位置、角度和射速比進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明，端壁射流明顯減弱甚至消除了角區(qū)內(nèi)的流動分離，葉柵出口總壓損失系數(shù)比原型葉柵最多降低了11.5%，25%葉高附近的氣流折轉(zhuǎn)角增大，葉柵的擴壓能力提高。對葉柵流場分析的結(jié)果表明，不同射流條件下流向渦的移動距離和環(huán)量變化規(guī)律與理論分析模型得到的規(guī)律定性相符，間接證明了帶有射流的擴壓葉柵數(shù)值-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文模擬結(jié)果的可靠性。端壁射流控制擴壓葉柵內(nèi)流動分離的作用原理
7、為，射流與端壁附近流體的相互作用產(chǎn)生了流向渦，阻擋了端壁低動量流體向葉片吸力面的遷移，并將主流中的高動量流體卷入端壁邊界層中，增加了角區(qū)中以及邊界層中的流體動量，抵抗流動分離的能力得到提高。加入端壁射流也帶來了一些副作用，即流向渦與端壁邊界層中流體的相互作用使得流向渦強度減弱、快速耗散，最終表現(xiàn)為增大了10%葉高以下的總壓損失。通過分析數(shù)值模擬結(jié)果，得出了能夠有效減弱葉柵流動分離、降低出口總壓損失系數(shù)的各個端
