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基于圆弧斜缝处理机匣的压气机叶顶泄漏流实验和数值研究

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上海交通大学学报 2020年第7期54卷 745-755页

作者：吴亚东李涛张永杰上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海交通大学燃气轮机与民用航空发动机教育部工程研究中心上海200240

为研究处理机匣对压气机总体性能、叶顶流动非定常性以及旋转不稳定性的影响,基于圆弧斜缝处理机匣对一台单级低速轴流压气机叶顶泄漏流进行被动控制.通过实验对不同工况下的叶顶脉动压力进行频谱分析,并对比机匣处理前后压气机性能以... 详细信息

为研究处理机匣对压气机总体性能、叶顶流动非定常性以及旋转不稳定性的影响,基于圆弧斜缝处理机匣对一台单级低速轴流压气机叶顶泄漏流进行被动控制.通过实验对不同工况下的叶顶脉动压力进行频谱分析,并对比机匣处理前后压气机性能以及转子叶顶区域流场特性的变化.结果表明:圆弧斜缝处理机匣能够使压气机获得6.8%的失速裕度提升量,抑制旋转不稳定性现象对应的频谱上的宽频带凸起,推迟泄漏涡的起始位置,进而消除了跨越相邻叶片周向传播的流动现象.斜缝内形成的回流能够抽吸低速流体,减少流道堵塞,改善叶顶的通流能力.

关键词：轴流压气机旋转不稳定性处理机匣叶顶泄漏流

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高负荷对转压气机尾迹涡对叶顶泄漏流的影响

工程热物理学报 2020年第4期41卷 822-828页

作者：徐强仁刘智远马英群项效瑢赵庆军中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院轻型动力重点实验室北京100190 中国科学院大学航空宇航学院北京100049

采用三维非定常数值模拟方法,针对高负荷对转压气机低压转子尾迹脱落涡对高压转子叶顶泄漏流的影响开展研究。研究发现:低压转子尾迹涡以“对涡”的形式在高压转子通道中输运,顺时针与逆时针旋向尾迹涡间隔分布,对叶顶泄漏流与主流交界... 详细信息

采用三维非定常数值模拟方法,针对高负荷对转压气机低压转子尾迹脱落涡对高压转子叶顶泄漏流的影响开展研究。研究发现:低压转子尾迹涡以“对涡”的形式在高压转子通道中输运,顺时针与逆时针旋向尾迹涡间隔分布,对叶顶泄漏流与主流交界面法向动量产生不同影响,进而使叶顶泄漏流与主流交界面形状呈现波浪形。设计工况下,尾迹涡会使叶顶泄漏流与主流交界面的位置偏向吸力面以及后移结尾激波位置进而后移二次泄漏流产生的位置,减小压力面与吸力面结尾激波入射点之间弦长区域叶顶泄漏流与轴向的夹角,提高相应弦长区域叶顶泄漏流的轴向速度,减小高压转子叶尖区的堵塞,降低二次泄漏流产生的损失,进而提升高压转子叶尖区的等熵效率。

关键词：气动减损尾迹涡非定常叶顶泄漏流二次泄漏流

周向弯曲叶片叶顶泄漏流随流量变化特性数值研究

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航空动力学报 2009年第9期24卷 2107-2114页

作者：金光远欧阳华杜朝辉上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

对带有周向前弯和周向后弯叶片的低压轴流风机,叶顶泄漏流动随流量变化特性进行了数值研究和实验校核,探讨了随流量减小,周向弯曲对叶顶泄漏涡的起源和发展规律的影响.性能计算结果与试验测量较为吻合,计算结果表明:随着流量减小,泄漏... 详细信息

对带有周向前弯和周向后弯叶片的低压轴流风机,叶顶泄漏流动随流量变化特性进行了数值研究和实验校核,探讨了随流量减小,周向弯曲对叶顶泄漏涡的起源和发展规律的影响.性能计算结果与试验测量较为吻合,计算结果表明:随着流量减小,泄漏涡起源向前缘方向迁移,周向弯曲使泄漏流与主流掺混加剧;周向前弯叶片泄漏涡的起源距叶片前缘最远,涡强度最弱,移动最缓慢;周向前弯稳定叶顶流动,降低端壁损失,扩大稳定工作范围.

关键词：轴流风机弯掠叶片变工况叶顶泄漏流稳定工作范围

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对转压气机外伸激波对叶顶泄漏流影响

航空动力学报 2019年第9期34卷 2027-2037页

作者：徐强仁刘智远项效镕周小勇赵庆军中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院工程热物理研究所中国科学院轻型动力重点实验室北京100190 中国科学院大学航空宇航学院北京100049

为了揭示对转压气机下游转子外伸激波对上游转子泄漏流的影响规律,针对上游转子叶顶间隙分别为0.2、0.5、0.8mm的对转压气机开展了非定常数值模拟研究。研究发现:受下游转子外伸激波掠扫影响,上游转子尾缘附近压力面会形成弱压缩波,且... 详细信息

为了揭示对转压气机下游转子外伸激波对上游转子泄漏流的影响规律,针对上游转子叶顶间隙分别为0.2、0.5、0.8mm的对转压气机开展了非定常数值模拟研究。研究发现:受下游转子外伸激波掠扫影响,上游转子尾缘附近压力面会形成弱压缩波,且随上游转子泄漏流增强而逐渐减弱;而该外伸激波在上游转子尾缘附近吸力面,会形成与型线切向相垂直的较强压缩波,且其位置基本不受叶顶间隙大小影响;外伸激波使上游转子尾缘附近吸、压力面压差增大,叶顶泄漏流增强,进而导致其损失增大;随着叶顶间隙增大,上游转子叶尖区弦长前半段压力波动的频率,由通道激波转为叶顶泄漏流主导,且呈现减小的趋势,而弦长后半段压力波动的频率主要由外伸激波主导,且基本不变。

关键词：外伸激波非定常高负荷叶顶泄漏流对转压气机

轴流压气机叶顶泄漏流与突尖先兆失稳机理的研究进展

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推进技术 2017年第10期38卷 2208-2217页

作者：杜娟王偲臣李继超耿少娟聂超群中国科学院工程热物理研究所工业燃气轮机实验室北京100190

首先回顾了近几十年来国际上在轴流压气机内部流动失稳机理方面具有代表性的研究成果,然后介绍了作者研究团队从叶顶泄漏流的视角研究压气机失稳机理所开展的主要工作,研究结果证实了叶顶泄漏流非定常性在低速亚声和高速跨声压气机转子... 详细信息

首先回顾了近几十年来国际上在轴流压气机内部流动失稳机理方面具有代表性的研究成果,然后介绍了作者研究团队从叶顶泄漏流的视角研究压气机失稳机理所开展的主要工作,研究结果证实了叶顶泄漏流非定常性在低速亚声和高速跨声压气机转子中存在的普遍性,揭示了在节流直至失速工况过程中叶顶泄漏流的非定常波动和三维空间结构特征。主要表现为:(1)叶顶泄漏流由定常变为非定常波动,且非定常波动强度不断增强。(2)泄漏流与主流交界面的轴向位置不断向叶片前缘移动,最终溢出叶片通道,并诱发突尖失速先兆。这两方面特征的内在驱动力是节流过程中不断提高的泄漏流与主流轴向动量比。这些研究成果在发展主/被动扩稳技术和阐释扩稳机理研究中凸显出重要的应用价值。

关键词：叶顶泄漏流非定常交界面旋转失速流动失稳机理轴流压气机

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轴流压气机叶栅非定常叶顶泄漏流的研究

工程热物理学报 2012年第10期33卷 1675-1678页

作者：李成勤张靖煊林峰黄伟光中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院上海高等研究院上海201210

轴流式压气机叶顶泄漏流非定常性对压气机性能和稳定性有着重要影响。为了避开研究转子内部流场所遭遇的测量困难,以及为了可以更加方便地调节叶顶间隙和进气角的需要,本文以压气机平面叶栅作为研究对象,旨在通过对不同间隙,不同马赫数... 详细信息

轴流式压气机叶顶泄漏流非定常性对压气机性能和稳定性有着重要影响。为了避开研究转子内部流场所遭遇的测量困难,以及为了可以更加方便地调节叶顶间隙和进气角的需要,本文以压气机平面叶栅作为研究对象,旨在通过对不同间隙,不同马赫数和不同攻角下的叶顶泄漏流的动态测量,了解叶栅环境下叶顶间隙流非定常性的特征和出现条件,探索利用叶栅模拟转子环境进行叶顶间隙流研究的可行性。实验表明,叶顶泄漏流在某些工况下存在非定常性。该非定常性的频率特征受来流速度影响较大。产生非定常性的条件是需要泄漏流轨迹到达相邻叶片的压力面。产生非定常性的主要原因是由于泄漏流与叶片载荷的相互作用。

关键词：轴流压气机平面叶栅叶顶泄漏流非定常性

小流量下周向弯曲叶片叶顶泄漏流特性的实验研究

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空气动力学学报 2013年第2期31卷 198-203页

作者：金光远吴亚东欧阳华杜朝辉江南大学机械工程学院江苏无锡214122 上海交通大学航空航天学院上海200240

对带有周向前弯和周向后弯叶片的低压轴流风机,采用壁面动态压力测量技术试验研究了小流量工况下叶顶泄漏流的频谱特性。在机匣壁面布置动态压力传感器捕捉由泄漏流诱发的壁面压力信号,基于测量结果详细阐述了小流量工况下周向弯曲叶片... 详细信息

对带有周向前弯和周向后弯叶片的低压轴流风机,采用壁面动态压力测量技术试验研究了小流量工况下叶顶泄漏流的频谱特性。在机匣壁面布置动态压力传感器捕捉由泄漏流诱发的壁面压力信号,基于测量结果详细阐述了小流量工况下周向弯曲叶片叶顶泄漏流诱发的流动不稳定性。结果表明:随流量的降低,泄漏涡引起的频率分量逐步凸显,并向更低频段转移,具有明显的宽频特性;周向弯曲叶片控制了泄漏流动从前缘至尾缘的传播速度,前弯叶轮的泄漏流动传播速度最慢,后弯叶轮次之;周向弯曲叶片对叶顶泄漏流诱发的不稳定流动具有控制作用。

关键词：轴流风机弯掠叶片叶顶泄漏流小流量

基于叶顶喷气的轴流压气机叶顶泄漏流主动控制

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航空发动机 2019年第3期45卷 1-6页

作者：张永杰吴亚东田杰欧阳华上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 先进航空发动机协同创新中心北京100083

为研究压气机叶顶泄漏流对压气机性能影响的流动机理,基于叶顶喷气在小流量工况下对 1 台单级低速轴流压气机叶顶泄漏流进行主动控制。通过喷气前、后非定常数值模拟,对比分析不同轴向喷气偏角下压气机性能提升与动叶叶顶区域流场特性... 详细信息

为研究压气机叶顶泄漏流对压气机性能影响的流动机理,基于叶顶喷气在小流量工况下对 1 台单级低速轴流压气机叶顶泄漏流进行主动控制。通过喷气前、后非定常数值模拟,对比分析不同轴向喷气偏角下压气机性能提升与动叶叶顶区域流场特性的变化,在叶顶沿弦向布置压力测点,采集叶顶区域不稳定流动的脉动信号,结果表明:轴向、叶顶进气角方向喷气分别获得 5.40%、5.93%的压气机性能提升;轴向喷气能最有效减少通道内的逆流速度团,延缓泄漏流的周向发展;叶顶进气角方向喷气使 50%叶顶轴向弦长处的泄漏流最大泄漏量降低 20%,同时能有效改变泄漏涡发展轨迹,避免撞击到相邻叶片压力面;根据频谱结果发现喷气能够抑制叶顶泄漏流的不稳定性。

关键词：轴流压气机叶顶泄漏流叶顶喷气轴向喷气偏角数值模拟主动控制航空发动机

基于仿生端面结构的水翼叶顶泄漏流消涡控制数值研究

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基于仿生端面结构的水翼叶顶泄漏流消涡控制数值研究