扩压叶栅中采用带切向孔叶片的研讨.pdfVIP

中国工程热物理学会 热机气动热力学 2006年学术会议 编号：062028 扩压叶栅中采用带切向孑L叶片的研究木 宋彦萍 陈焕龙 陈浮王仲奇 (哈尔滨_-E业大学能源科学与_T程学院458#，哈尔滨150001) (电话：，0451 E—man：songyanping@hit．edu．cn) 摘要：数值模拟了低速条件下大转角压气机叶栅中采用带切向孔叶片对压气机性能的影响。结果表明， 与常规不开孔的叶栅比。采用带切向孔叶片的压气机nl‘栅通流能力提高1．3％左右，叶栅总损失降低 17％左右。气动性能的改善一方面来源于切向孔附近叶片负荷的降低，横向二次流动减弱；另一方面， 穿过切向孔在吸力面表面形成的射流增加了吸力面角区内低能流体的能量，提高了其抗分离能力。针 对本文算例，从提高做功能力和减小损失的角度看，切向孔应布置在80％轴向弦长以前为好。 关键词： 压气机，带孔叶片，，吸力面射流 1引言． ．现代压气机的负荷不断提高，叶栅流道内的横向压力梯度和二次流动加强。附面层 流体在叶片表面迅速加厚，很容易分离，产生较大的气动损失，严重时甚至影响到压气 机的正常工作。解决问题的关键在于对附面层流体进行有效的控制。特雷申科在书中【1l 详细论述了各种附面层控制方法，方法之一就是通过叶片表面的缝隙，从外界气源向叶 栅附面层作补充性供气，基本原理是给附面层流体补充能量，减小速度亏损，以便建立 沿流动方向上稳定的流动。我国学者徐大懋【2】较早地提出了轴流式压气机反流缝隙nt’片 的概念并进行了实验验证。与特雷申科不同的是，这种方法无需外界气源。在叶片吸力 面附近沿弦向割缝，缝隙的起始位置一般位丁吸力面最低压力点附近，利用缝隙末端压 力高于缝隙前端压力的特点，在此压差的作用下，将位于缝隙末端的低能流体从缝隙里 反推向叶片前缘。这样做的好处是，一方面可以减少低能流体在叶片吸力面尾缘附近的 集聚，另一方面，反流到叶片前缘的动量很小的附面层流体，由叶片前缘流速较大的来 流补充了能量，加速了流动，使得气流即使流过较大折转角的压气机叶栅时也能控制或 延缓附面层的分离，从而降低叶栅损失，扩展稳定工作范围。实验研究表明，这种带缝 隙叶片在某些工况条件下，确实起到了提高压气机气动性能的作用。鲁嘉华等人【3】对压 气机弦向缝隙nt。栅的气体动力学进行了进一步研究，提出了确定弦向缝隙位置的数学模 型，并给出了弦向缝隙叶栅流场计算的方法，风洞吹风试验验证了该模璎的正确性及弦 向缝隙叶栅对轴流式压气机气动性能的改善。 本文针对另外一种缝隙结构进行了研究。在压气机叶片的某一展向位置挖掘穿透叶 片的切向孔，利用孔的附加流动来平衡吸力面与压力面的压差，减弱叶栅内的横向二次 流动，同时在吸力面上形成射流来增加吸力面分离区内低能流体的能量，提高其抗分离 能力，从而达到削弱吸力面角区流动分离，增加叶栅内气流的折转能力，减小损失和扩 大压气机稳定工作范围的目的。与弦向开缝nt‘片作用类似，这种切向孔结构的优点是不 ·本项目由国家自然科学基金项目 ‘ 374 需要额外的附加能量和装置，这对『．结构紧凑、高推畦比及低耗油率的现代离性能航空 发动机设汁及对老机组的改良显得尤为霞要。 2数值方法及算例 NACA65 利用商业软件FLUENT模拟采HjR-l+璎的人转角平面压气机刚。栅内部粘性 个(包括前后延K直段)，径向布点40个，入口段长度为1．5倍弦长，出口段K度为l X 倍弦长。第一层网格离开叶片表面的距离为5 10～m。流道底面网格采用四边形 口段网格采用结构化体网格，网格总数共计45～50万。数值方法为有限体积法，采用具 有二阶精度的迎风格式对三维N．S方程进行定常数值模拟。湍流模型采用带增强壁面处 理的．h模型。叶栅进口给定总温和总压，出口背压为大气条件。 切向孔的几何描述见图2，其几何参数以及叶栅的几何参数见表1。采用此种缝隙 叶片的效