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《對轉(zhuǎn)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(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、航空學(xué)報ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaSep．252015Vol36No．92968-2980lSSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn對轉(zhuǎn)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(jié)，張鵬西北工業(yè)大學(xué)動力與能源學(xué)院，西安710072摘要：以某雙排對轉(zhuǎn)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(jié)果顯示近喘點附近轉(zhuǎn)子2(R2)葉尖泄漏流動造成了高葉展范圍內(nèi)的流動阻塞以及高熵
2、流動區(qū)域的產(chǎn)生，下游出口導(dǎo)流葉片承受著非常不利的來流條件。通過在轉(zhuǎn)子葉尖近高熵流動核心區(qū)輪緣端壁處設(shè)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(zhì)，提高壓氣機工作特性。根據(jù)數(shù)值研究結(jié)果，重新設(shè)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(shè)計轉(zhuǎn)速下，針對轉(zhuǎn)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(jié)果顯示，端壁附面層抽吸應(yīng)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(nèi)。在此流量范圍內(nèi)端壁抽吸會大幅提高工作效率，改善壓氣機負(fù)荷水平。而在高于此流量的范圍內(nèi)，端壁附面層抽吸會帶來負(fù)面影響
3、。關(guān)鍵詞：對轉(zhuǎn)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(biāo)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(shè)計中不斷追尋的目標(biāo)口。2]，然而葉片通道內(nèi)部各種渦系結(jié)構(gòu)的相互作用以及近些年來平均級負(fù)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(yīng)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(jīng)濟利益更能緩解世界能源壓力，為社會的可持續(xù)發(fā)展?fàn)幦「嗫臻g。研究表明壓氣機轉(zhuǎn)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(dǎo)致失速現(xiàn)象的發(fā)生。目前針對轉(zhuǎn)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(diào)系統(tǒng)和飛機除冰等用氣，如果引氣的影響在設(shè)計中未能正確的反映，會導(dǎo)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(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)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(zhì)，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(jīng)過前期壓縮已經(jīng)具備了較高的壓升，抽吸無需借助外力，其工程應(yīng)用價值較高。目前關(guān)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(xué)院在1998—2003年之間開展了高負(fù)荷吸附式壓氣機的設(shè)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(wǎng)絡(luò)出版時間：2015—01-2815：08網(wǎng)絡(luò)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(xué)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(zhuǎn)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(xué)報，2015，36(9)：2968-2980．史磊等：對轉(zhuǎn)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(fù)荷很高，為了降低泄漏流動所帶來的設(shè)計及分析難度，轉(zhuǎn)子被設(shè)計成了戴冠結(jié)構(gòu)，因此缺少關(guān)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(zhuǎn)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(jié)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(xué)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(jié)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(zhuǎn)壓氣機而言，反轉(zhuǎn)的壓氣機轉(zhuǎn)子葉
