高负荷平面叶栅风洞流场品质改进措施数值研究

为研究不同改进措施对平面叶栅风洞流场品质的改进效果与机理,以高负荷扩压叶栅为研究对象,利用数值模拟方法研究了试验器进口段上下侧壁抽吸措施、出口导流尾板措施、抽吸与尾板组合措施对叶栅风洞流场品质的改进效果。研究结果表明：上下侧壁抽吸减小了进口段的静压梯度,减弱了上下侧壁附面层对进口流体流向的影响;导流尾板减弱了外界大气对上侧壁附近通道的影响;抽吸与尾板组合措施结合了侧壁抽吸与导流尾板的优点,使得进口静压分布均匀,通道间压差阻力差异减小,对叶栅试验段流场品质的改进效果优于其他方案。在当前马赫数工况下可使叶栅进口64%的通道范围马赫数误差<0.01,冲角误差<0.5°,有三个连续通道出口周期性较好,并且轴向密流比<1.15。     

高负荷平面叶栅风洞流场品质分析及改进试验

良好的平面叶栅风洞流场品质是保证叶栅试验数据有效性的关键。详细测量并分析了某亚声速压气机平面叶栅在不同来流条件下的流场品质,根据叶栅风洞情况建立了相应的上端壁抽吸调控方案,研究了不同抽吸强度下上端壁抽吸对叶栅流场品质的改善效果。研究表明：高负荷压气机叶栅在整个工作范围均存在栅前流场不均匀、来流攻角不准确的问题,叶栅被测通道的实际攻角比风洞几何设定值大2°～3°。随着叶栅负荷增大（来流马赫数和攻角增加）,流场品质逐渐下降;来流攻角同时影响着栅前马赫数和气流角的均匀性,来流马赫数主要影响栅前马赫数的均匀性。上端壁抽吸能够有效改善大攻角下叶栅流场品质不佳的问题,存在使叶栅流场品质达到最佳的临界抽吸静压,超过临界值后叶栅流场品质逐渐下降。临界抽吸静压下,栅前流场均匀性良好,被测通道的攻角与设定值的差异减小至0.5°～0.9°;叶栅二维性和出口总压损失周期性均有所提升,但是叶栅出气角周期性基本不变。     

跨声速平面叶栅试验器流场品质改善研究

为改善平面叶栅风洞流场品质,获得准确度高、可靠性强的试验结果,本文以跨声速平面叶栅试验器为研究对象,采用数值模拟方法研究了端壁抽吸和导流尾板的组合控制方法对A、B、C、D四种不同叶型弯角平面叶栅流场品质的改善效果。研究结果表明：在叶栅前缘上下端壁进行抽吸和尾缘安装导流尾板能够有效提升叶栅进口流场的均匀性和出口流场的周期性,使得各叶栅进口马赫数偏差<0.01,C和D叶栅进口气流角偏差<0.5°,A和B叶栅进口气流角偏差<1°;该控制方法能够保证各叶栅栅后流场存在三个或三个以上相邻满足周期性要求的连续通道。     

不同条件下平面叶栅风洞流场品质的实验研究

为了全面认识亚声速平面叶栅风洞的流场品质及其影响因素,以典型高亚声速平面叶栅风洞为研究对象,试验测量并分析了空风洞的来流品质以及安装叶栅试验件后来流马赫数、来流攻角、以及叶片数对叶栅进口准确性、均匀性以及出口周期性的影响.研究结果表明:空风洞内主流区域宽广且基本均匀,来流马赫数偏差不超过±0.005,来流气流角偏差不超...     

平面叶栅风洞的设计与研究

针对某高校教学科研用低速平面叶栅风洞进行设计,提出了在低马赫数下低成本叶栅风洞的设计方案,使用双转子对转风扇提供动力源,实验段截面150×(94-320)mm,空腔道最大风速105米/秒,有附面层抽气装置,5-7叶片叶栅通道,攻角可在±25°范围内调节,实验气流直排大气,对不同实验件(压气机、涡轮叶栅)有良好的通用性能.为高校教学科研用平面叶栅风洞的研制提供了可行的方案.     

平面叶栅风洞流场品质的被动调控策略

为了提升高负荷叶型的平面叶栅试验流场品质以保证试验数据的可靠性和准确性,建立了平面叶栅流场品质的评价参数,提出了中间流线型上端壁及其与出口可调尾板组合的两种被动调控方案.采用试验验证的数值模拟方法研究了以上两种方案对高负荷平面叶栅流场品质的调控策略.结果表明:两种调控方案均能够有效抑制上端壁区域的流场恶化,进而提升平面叶栅的来流准确性、流场周期性以及二维性.采用与平面叶栅理想中间流线相匹配的上端壁安装角和周向距离,以及尾板安装角时,两种方案对流场品质的提升效果最好.中间流线型上端壁组合出口尾板方案优于中间流线型上端壁方案,使叶栅中间3个叶片通道的进口马赫数偏差不超过±0.005,来流攻角偏差不超过±0.3°;叶栅进口和出口马赫数的周期性偏差不超过0.005,气流角的周期性偏差不超过0.3°;设计攻角下叶栅轴向速度密度比(AVDR)达到1.1,叶栅二维性较好.两种调控方案对叶栅大攻角工况的流场品质调节具有很好的适用性.     

在激波风洞中进行的涡轮平面叶栅实验

本文描述了在激波风洞中,来流条件为总压P_0=2.0×10~5、8.0×10~5、13.0×10~5Pa,总温T_0=374.4K,入口马赫数M_1=0.40,进行的平面涡轮叶栅实验。实验内容包括叶片表面压力分布测量,热流率分布测量和激光干涉法显示叶栅通道流场。为了进行比较,文中还给出叶片表面马赫数分布和热流率分布的分析结果。测量值与计算结果规律基本一致。     

冲压叶栅边界层抽吸处理分析

为了提高冲压转子叶片的性能,通过数值模拟的方法研究了边界层抽吸技术在内压式冲压叶栅上的应用,结果表明,与未抽吸的工况相比,采取抽吸措施可以提高冲压叶栅的增压能力,且其增压能力随着抽吸流量的增加而提高。在喉口位置之前抽吸会增强抽吸缝后的激波强度;而在喉口以及喉口之后的亚声区进行抽吸可以增大叶栅扩张段的气动流通面积,这会使结尾激波向叶栅出口移动,有利于提高冲压叶栅的压比;在结尾激波之后的低能流体聚集区抽吸更有利于冲压叶栅总压恢复系数的提高。在喉口之后抽吸时,对于某一确定抽吸位置的工况,存在着使总压恢复系数最大的最佳抽吸流量;研究结果还表明,当抽吸流量固定时,在喉口位置抽吸比在其它位置抽吸更能提高冲压叶栅的增压能力。     

高亚声速下附面层抽吸控制压气机叶栅流动分离的研究

为研究高亚声速下附面层抽吸参数对流动分离控制的效果和机理,以高负荷扩压叶栅为研究对象,通过数值方法研究了抽吸布局和抽吸流量对叶栅内部流动分离控制效果的影响.结果表明,附面层抽吸能够显著改善叶栅内部流动,降低因附面层分离和端区角区分离、相互掺混造成的流动损失;高亚声速下附面层抽吸的最佳位置在附面层充分发展区域而非分离起始...     

开槽尾流板对跨声速涡轮平面叶栅流场影响的实验

采用数值计算和实验相结合的方式研究了开槽尾流板对跨声速涡轮平面叶栅流场周期性的影响。通过数值计算研究了不同开孔率（10%、15%、30%、50%）和偏转角度（70°、71°、72°）下尾流板对叶片表面及叶栅流道出口压力分布的影响,并通过实验验证了尾流板对流道出口流场周期性的改善作用。结果表明:无尾流板时叶片表面压力分布明显偏离周期性计算结果,且流道出口压力分布的周期性误差较大;尾流板偏转角度和开孔率会影响叶片表面及叶栅流道出口的压力分布,适当调节尾流板参数能改善流场周期性;安装开孔率为50%,偏转角度为70°的尾流板时各流道出口的压力分布一致性最好且最接近周期性计算结果,计算和实验结果的周期性误差较无尾流板时分别降低47.6%和28.1%。      

组合叶栅的实验研究(一)

首次提出了用于可逆风机叶片设计的组合叶栅设想及其评价准则,并对组合叶栅进行了叶栅的性能实验.通过实验数据的分析,肯定了组合叶栅设想的可行性.适当地选取叶栅的组合参数B、T,可以使组合叶栅的整体性能得到大幅度的提高.与现有的翼型相比,CN+Rymax、αN+RCymax均有不同程度的提高.     

组合叶栅的定义及其应用研究

提出了组合叶栅设想及其评价准则 ,并对组合叶栅进行了性能实验。通过实验数据的分析 ,肯定了组合叶栅设想应用于可逆风机叶片设计的可行性。实验还证明 ,选取适当的叶栅组合参数 B、T,可以使组合叶栅的整体性能得到大幅度的改善 ,与现有的翼型相比 ,CN Ry max、αN RCymax均有不同程度的提高     

压气机叶栅内不同高度端壁翼刀的实验

通过采用五孔探针在低速平面风洞上测量压气机叶栅流场的方法,研究了不同高度和周向位置的端壁翼刀对叶栅能量损失及二次流速度矢量的影响.结果表明,使叶栅总损失降低的最佳周向安装位置是距离吸力面70%相对节距处,最佳翼刀高度为5 mm;存在使叶栅总损失降低的极限翼刀高度.当翼刀高度增加时,翼刀涡更加清晰.安装翼刀可以改变叶栅端壁损失的分布,进而控制吸力面/端壁角区的流动,改善叶栅的气动性能.      

端壁附面层抽吸对大转角扩压叶栅旋涡影响的实验研究

为探明附面层抽吸技术对压气机叶栅气动性能的影响及其与栅内旋涡结构的关联,通过十个横截面的实验测量结果研究了高负荷压气机叶栅抽吸端壁附面层前后的主要旋涡结构以其对应损失的演变过程。研究对象为矩形低速扩压叶栅,来流马赫数约为0.23。研究结果表明,端壁附面层的变化对叶栅端区的主要旋涡发展过程影响显著。在原型方案中,壁面涡、尾缘脱落涡的演变过程对应着较高的流动损失,通道涡自身产生的损失较小,主要起到向远离端壁的方向输运低能流体的作用;在流向槽吸气方案中,壁面涡和尾缘脱落涡因端壁附面层径向迁移及角区分离受到抑制而被明显削弱;而来流附面层抽吸方案则最为有效地控制了通道涡的演变过程。      

压力面气膜冷却数值模拟

针对典型高压涡轮叶型平面叶栅压力面气膜冷却,采用数值模拟方法,比较分析了不同冷气进口方式对计算结果的影响,并对冷气入射角度等参数对叶栅流场和性能的影响规律进行了研究。结果表明,在没有考虑二次流流动影响情况下,平面叶栅中通过管道给定冷气进口和直接在叶片表面给定冷气进口这两种方式对气膜冷却数值模拟结果影响很小,能量损失系数的差别仅为1%左右。冷气入射增加了叶栅损失,但能量损失系数与冷气入射角度并不是简单的单调关系,在入射角度从15°到60°的变化范围内,能量损失系数存在最小值,对应冷气入射角度在30°左右。