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压气机内部旋转不稳定的研究综述

推进技术 2024年第5期45卷 1-15页

作者：楚武利陈向艺西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129 德累斯顿工业大学叶轮机械与飞行推进中心德国德累斯顿01062

旋转不稳定是压气机工作在高负荷近失速工况时的一种常见现象。研究旋转不稳定在降低压气机工作噪声、减小流致振动以及保障航空发动机稳定工作等方面具有重要意义。首先对旋转不稳定现象进行了回顾,详细讨论了旋转不稳定的特征。其次,... 详细信息

旋转不稳定是压气机工作在高负荷近失速工况时的一种常见现象。研究旋转不稳定在降低压气机工作噪声、减小流致振动以及保障航空发动机稳定工作等方面具有重要意义。首先对旋转不稳定现象进行了回顾,详细讨论了旋转不稳定的特征。其次,重点调研了旋转不稳定的起源和机理,将旋转不稳定产生的原因归纳为叶尖泄漏流、涡脱落以及流动剪切等类别。此外,回顾了模拟旋转不稳定的数值方法,讨论了多种流动控制手段对旋转不稳定的作用效果。最后,对旋转不稳定的研究现状进行了总结,对未来的研究趋势进行了展望。

关键词：压气机旋转不稳定叶尖泄漏流涡脱落非定常流数值模拟流动控制综述

动叶顶部蜂窝面迷宫密封对涡轮级气动性能的影响

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航空动力学报 2012年第1期27卷 160-168页

作者：高杰郑群李义进哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001

采用计算流体动力学软件数值研究了某1.5级轴流涡轮转子叶尖蜂窝面迷宫密封泄漏流动对主流流场的影响,分析了不同的顶部间隙下叶尖密封泄漏流对主流流场的影响以及泄漏流与主流的掺混对下游静叶流场的影响,并对带与不带蜂窝面的迷宫密... 详细信息

采用计算流体动力学软件数值研究了某1.5级轴流涡轮转子叶尖蜂窝面迷宫密封泄漏流动对主流流场的影响,分析了不同的顶部间隙下叶尖密封泄漏流对主流流场的影响以及泄漏流与主流的掺混对下游静叶流场的影响,并对带与不带蜂窝面的迷宫密封对涡轮级气动性能的影响进行了比较.研究结果表明:泄漏流与主流在动叶下游掺混后导致掺混区域流体速度发生偏转,以负攻角进入下游静叶,带来攻角损失.泄漏流体带有较高的径向速度,在静叶栅通道中会向中间叶展处发展,使得静叶栅上半通道的流场结构发生改变,带来额外的二次流损失.并且随着叶顶间隙的增大,损失也随之增大.蜂窝的特殊六边形结构极大地降低了密封腔中流体的周向速度,减小了泄漏流重新进入主流时与主流的速度差异,从而减小了掺混损失.并且蜂窝结构能改变迷宫腔内气体的流动形态,采用蜂窝面的迷宫密封能有效地降低泄漏.

关键词：叶尖泄漏流蜂窝迷宫密封掺混损失带冠涡轮

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冲击式凹槽叶尖流动换热特性

航空动力学报 2019年第2期34卷 331-340页

作者：皮骏杜旭博孔庆国刘斯童中国民航大学通用航空学院天津300300 中国民航大学航空工程学院天津300300 中国民航大学中欧航空工程师学院天津300300 艾德蒙社区学院美国华盛顿98036

针对冲击式凹槽叶尖的流动换热特性,采用数值模拟方法,详细分析了三种冲击式凹槽结构和三种凹槽助肋结构的间隙泄漏流场、叶尖二次流损失、叶尖总压损失系数和叶尖表面传热系数,同时考虑了助肋位置、数量和凹槽深度的影响。结果表明:叶... 详细信息

针对冲击式凹槽叶尖的流动换热特性,采用数值模拟方法,详细分析了三种冲击式凹槽结构和三种凹槽助肋结构的间隙泄漏流场、叶尖二次流损失、叶尖总压损失系数和叶尖表面传热系数,同时考虑了助肋位置、数量和凹槽深度的影响。结果表明:叶尖凹槽前缘助肋抑制了间隙泄漏涡吸力侧分支,增强了泄漏流在凹槽内的分离流动。同一凹槽深度,双助肋凹槽叶尖的相对总压损失最小,研究范围内减小约13%。冲击式凹槽叶尖增强了泄漏流在凹槽内的掺混流动,减小了泄漏流的动能。同一凹槽深度,冲击式双助肋凹槽叶尖的相对总压损失最小,研究范围内减小约18%。冲击式凹槽叶尖减小了泄漏流在凹槽底面的再附,增大了泄漏流在叶尖突肩壁面的再附,突肩壁面出现高传热系数区域。

关键词：冲击式凹槽叶尖泄漏流二次流损失总压损失系数表面传热系数

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周向槽机匣处理对某跨音转子性能的影响

航空学报 2014年第8期35卷 2163-2173页

作者：段真真柳阳威陆利蓬北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191 先进航空发动机协同创新中心北京100191

为了研究处理机匣对压气机稳定性的影响并探讨其中的流动机理,采用数值模拟方法研究了一系列深度不同的周向槽处理机匣结构对跨音压气机转子Rotor37性能的影响。结果表明:叶尖泄漏涡与激波干涉后形成的堵塞区是诱发失速的主要原因。采... 详细信息

为了研究处理机匣对压气机稳定性的影响并探讨其中的流动机理,采用数值模拟方法研究了一系列深度不同的周向槽处理机匣结构对跨音压气机转子Rotor37性能的影响。结果表明:叶尖泄漏涡与激波干涉后形成的堵塞区是诱发失速的主要原因。采用周向槽机匣处理可以显著增加转子的稳定裕度,且裕度增量与槽深度呈"双峰"关系;尺寸最优的浅周向槽和深周向槽可分别获得6.7%和7.3%的稳定裕度增加,而前者的效率损失更小。该处理机匣的扩稳机理在于减弱甚至移除了泄漏涡破碎形成的堵塞区。最后从动量方程的角度对深浅槽的扩稳机理分别进行了分析。

关键词：压气机跨音压气机稳定裕度机匣处理周向槽叶尖泄漏流

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跨声速压气机转子叶尖非定常流动的数值模拟

航空动力学报 2017年第6期32卷 1481-1490页

作者：卢波王志强王剑高翔南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室南京210016 中国航空发动机集团有限公司南方工业有限公司湖南株洲412002

为了进一步加深对转子叶尖区域非定常流动现象的认识,针对某一跨声速单转子轴流压气机,采用三维非定常数值方法开展了详细研究。对单转子在不同进气条件以及不同工作流量下分别进行非定常模拟,来研究该转子叶尖区域复杂流动结构以及叶... 详细信息

为了进一步加深对转子叶尖区域非定常流动现象的认识,针对某一跨声速单转子轴流压气机,采用三维非定常数值方法开展了详细研究。对单转子在不同进气条件以及不同工作流量下分别进行非定常模拟,来研究该转子叶尖区域复杂流动结构以及叶尖非定常流动的发展过程。结果表明:不同进气条件下,转子叶尖区域流场结构形式表现不同.当进口非轴向进气时,叶尖非定常流动呈单通道周期形式;而轴向进气时,叶尖区域出现了类似于"旋转不稳定"的沿周向传播的非定常流动现象,且随着工作流量的减小,叶尖区域流场结构也相应发生改变.

关键词：叶尖泄漏流旋转不稳定非定常流动流场结构跨声速压气机

进口附面层形式对压气机叶栅端区流动特性的影响研究

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工程热物理学报 2023年第12期44卷 3229-3236页

作者：茅晓晨焦英辰杨宗豪西北工业大学动力与能源学院西安710129 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710129

为探究进口附面层形式对轴流压气机叶栅端区流动特性的影响,本文以某高亚声速压气机叶栅为研究对象,基于数值方法对比分析常规和倾斜两种进口附面层形式对叶栅角区分离和叶尖泄漏流流动特性以及总体性能的影响。结果表明:进口倾斜附面... 详细信息

为探究进口附面层形式对轴流压气机叶栅端区流动特性的影响,本文以某高亚声速压气机叶栅为研究对象,基于数值方法对比分析常规和倾斜两种进口附面层形式对叶栅角区分离和叶尖泄漏流流动特性以及总体性能的影响。结果表明:进口倾斜附面层使端区来流的攻角和进口速度增加。在无叶尖间隙时,倾斜附面层能够缩小角区分离的轴向和周向范围,提高扩压能力,相比常规附面层工况,总压损失降低6.3%;1%叶高间隙下,倾斜附面层能够降低叶尖泄漏流相关损失并减少尾迹与主流的掺混损失,总压损失较常规附面层降低15.3%。

关键词：压气机叶栅进口附面层倾斜附面层叶尖泄漏流角区分离

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端壁转动对凹槽叶尖流动换热性能的影响

推进技术 2019年第5期40卷 1005-1014页

作者：皮骏杜旭博孔庆国刘光才中国民航大学通用航空学院天津300300 中国民航大学航空工程学院天津300300 中国民航大学中欧航空工程师学院天津300300

为了研究端壁转动对跨声速凹槽叶尖流动换热性能的影响,采用数值方法,详细研究了三种冷却孔结构凹槽叶尖在端壁转动条件下的叶尖间隙流场、冷却流流态、气膜冷却效率、叶尖表面换热系数和叶尖泄漏流量,同时考虑凹槽深度和端壁转动速度... 详细信息

为了研究端壁转动对跨声速凹槽叶尖流动换热性能的影响,采用数值方法,详细研究了三种冷却孔结构凹槽叶尖在端壁转动条件下的叶尖间隙流场、冷却流流态、气膜冷却效率、叶尖表面换热系数和叶尖泄漏流量,同时考虑凹槽深度和端壁转动速度的影响。结果表明:端壁转动在叶尖凹槽内形成与泄漏流分离涡方向相反的旋涡,使泄漏流在凹槽底面的再附增强,在凹槽突肩的再附减弱。端壁转动能减少叶尖泄漏流量,研究范围内,叶尖相对泄漏流量最多减小20%。随着凹槽深度增大,叶尖平均气膜冷却效率随之增大,叶尖平均换热系数和叶尖泄漏流量随之减小。随着端壁转速减小,叶尖泄漏流量随之增大,压力侧和吸力侧冷却孔模型的叶尖平均气膜冷却效率随之减小,而中弧线冷却孔模型的叶尖平均气膜冷却效率随之增大。压力侧喷入冷却气流,叶尖的气膜冷却效果最好。

关键词：高压涡轮叶尖凹槽端壁转动换热系数叶尖泄漏流

跨声速压气机转子叶尖流场旋转不稳定现象的数值研究

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航空动力学报 2014年第5期29卷 1145-1153页

作者：付磊袁巍宋西镇周盛陆利蓬北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191

对某跨声速压气机转子在不同工作流量下的叶尖非定常流场进行了数值研究.结果显示：大流量状态下,该转子叶尖流场几乎不发生振荡.此时,叶尖流场可以按定常流场进行分析;小流量状态下,叶尖泄漏涡大幅振荡,相邻叶片通道内的叶尖泄漏流之... 详细信息

对某跨声速压气机转子在不同工作流量下的叶尖非定常流场进行了数值研究.结果显示：大流量状态下,该转子叶尖流场几乎不发生振荡.此时,叶尖流场可以按定常流场进行分析;小流量状态下,叶尖泄漏涡大幅振荡,相邻叶片通道内的叶尖泄漏流之间也存在周期性相互干涉.其结果是在稳定状态时出现由于叶尖泄漏涡的振荡及其周向传播造成的＂旋转不稳定＂现象.＂旋转不稳定＂流场结构主模态旋涡个数大约为40%的叶片通道个数;其周向尺度占据2~3个栅距.

关键词：跨声速压气机转子旋转不稳定叶尖泄漏流非定常流动模态分析

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雷诺数对跨声速压气机失速分离特性的影响

工程热物理学报 2019年第9期40卷 1988-1996页

作者：王正鹤赵辉卫萌胡加国郑州航空工业管理学院航空工程学院郑州450046 航空经济发展河南省协同创新中心郑州450046 郑州航空工业管理学院机电工程学院郑州450046 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

为了分析雷诺数对跨声速压气机失速分离特性的影响规律,对Rotor 37转子展开单通道数值研究,考察从海平面到20 km高空不同雷诺数下压气机内部流场结构的变化。研究表明:雷诺数的降低使得吸力面分离位置提前、分离区增大,压气机负荷和效... 详细信息

为了分析雷诺数对跨声速压气机失速分离特性的影响规律,对Rotor 37转子展开单通道数值研究,考察从海平面到20 km高空不同雷诺数下压气机内部流场结构的变化。研究表明:雷诺数的降低使得吸力面分离位置提前、分离区增大,压气机负荷和效率明显降低;吸力面上由叶根发展起来的径向涡增强,促使低能流团在吸力面沿径向在叶尖区域堆积,加剧了叶尖的流动堵塞,使其成为叶尖流场恶化的主要因素即失稳的触发机制;同时,激波强度降低,叶尖间隙泄漏涡和激波相互作用诱发的叶顶流场阻塞减弱。

关键词：低雷诺数径向涡叶尖泄漏流流动分离