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缝隙式扩压叶栅流动机理研究

刘杰  
【摘要】:对压气机叶栅中各种旋涡进行控制或利用,是改善压气机叶栅性能的一个重要途径。由于在扩压叶栅中普遍存在流动分离现象,因此从流动分离的机理出发,对这种分离流动加以研究和控制,对于提高扩压叶栅的负荷、增加稳定工作范围以及减小损失都有着重要作用。 本文主要研究附面层吹气在压气机叶栅中的应用。论文中首先根据附面层吹气的需要,选取相应的叶片型面静压分布曲线,对初始叶型进行设计与优化,并基于所设计优化的原始叶型进行进一步的缝隙叶型设计。同时,从扩压叶栅二维流动特点出发,研究了叶片开槽形状对叶栅性能的影响,初步归纳了缝隙叶栅的设计原则。 其次,选择具有68o折转角的矩形叶栅,采用数值模拟的方法,从壁面流谱出发,考察了叶片表面设置压力面到吸力面的吹气槽后叶栅内流动的变化,相应地分析了叶栅流道内的拓扑结构的变化,揭示了附面层吹吸气改变流场结构、增加扩压叶栅稳定工作范围、提高叶栅气动性能的机理。在此基础上,对矩形缝隙叶栅进行了变冲角计算,通过分析可看到在较大正冲角下,原型叶栅附面层分离急聚恶化,出现非对称旋涡结构,而采用吹气槽的缝隙叶栅则可以很好的抑制分离强度,保持对称旋涡结构,因此缝隙叶栅可以改善高负荷扩压叶栅的稳定工作范围,抑制壁面流动分离,降低损失。 通过对矩形缝隙叶栅的流动研究,本文对缝隙叶栅在压气机级的静叶中的应用进行了初步的探讨。以矩形缝隙叶栅的研究为基础,在环形静叶栅中建立了两种形式的缝隙结构:缝隙射流竖槽以及缝隙射流横槽。从这两种开槽形式不同计算方案的对比分析中可以看出,环形缝隙静叶栅大大减小了叶片吸力面的强烈的三维分离流动,气流折转能力及叶片负荷均有所提高、提高了叶片的气动性能。


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