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航空发动机 2023年第3期49卷 66-74页

作者：张成烽张国臣徐志晖孙丹刘鹏程沈阳航空航天大学航空发动机学院沈阳110136

为研究转子不同叶尖间隙形状对跨声速轴流压气机性能的影响机理,分别对平行式叶尖间隙进行渐变式和阶梯式改型优化,并利用商业软件NUMECA进行数值模拟。结果表明:对平行式叶尖间隙进行渐变式和阶梯式改型优化后,压气机性能有较大提高,... 详细信息

为研究转子不同叶尖间隙形状对跨声速轴流压气机性能的影响机理,分别对平行式叶尖间隙进行渐变式和阶梯式改型优化,并利用商业软件NUMECA进行数值模拟。结果表明:对平行式叶尖间隙进行渐变式和阶梯式改型优化后,压气机性能有较大提高,改型后0.204-0.408的各类间隙压气机性能优于0.408-0.204间隙的。相比较平行间隙PTC 0.204-0.204,渐变式TTC0.204-0.408和阶梯式STC 0.204-0.408的失速裕度分别提高1.12%和1.61%,峰值效率基本不变,同时近失速工况下的总压比和效率也略有提高。叶尖泄漏涡得到抑制,间隙处的流体低速区明显减小,流动损失减小,流场得到较大改善。转子通道的总压比在85%叶高处明显提高,分别提高了1.01%和3.13%。阶梯式叶尖间隙压气机的静子通道40%叶高处总压损失系数减小达75.4%。对平行式叶尖间隙进行改型处理能够有效提高压气机性能,且阶梯式叶尖间隙比渐变式的对压气机性能提高的效果更加显著。

关键词：叶尖间隙叶尖泄漏流转子失速裕度间隙形状总压比总压损失系数跨声速轴流压气机

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跨声速叶尖间隙流动机理研究

跨声速叶尖间隙流动机理研究

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作者：冯五恒国防科技大学

学位级别：硕士

在涡轮发动机及高超声速组合推进系统中,为避免摩擦,旋转机械和固定部件之间存在一定的间隙,在间隙两侧压比的影响下,会形成泄漏流动。泄漏流动对发动机的推力性能和安全性能产生很大的影响。一方面泄漏流动会与通道主流之间相互作用导... 详细信息

在涡轮发动机及高超声速组合推进系统中,为避免摩擦,旋转机械和固定部件之间存在一定的间隙,在间隙两侧压比的影响下,会形成泄漏流动。泄漏流动对发动机的推力性能和安全性能产生很大的影响。一方面泄漏流动会与通道主流之间相互作用导致主流动能的降低;另一方面,泄漏流动对叶片基本不做功,导致了涡轮叶栅气动性能的降低。随着发动机循环效率的提高,间隙两侧的压比逐渐提高,间隙内的流动逐渐由亚声速流动过渡到跨声速流动,并且以跨声速流动为主。因此,针对涡轮叶栅中的跨声速叶尖间隙流动开展研究具有十分重要的理论和工程意义。本文综合试验和仿真对跨声速叶尖间隙流动的稳态特性、动态建立过程以及间隙流动控制进行了研究。在跨声速叶尖间隙流动中,气流在间隙入口处发生分离并随之再附形成分离泡,分离泡再附点附近的压缩波汇聚成斜激波,在间隙内多次反射,对间隙内的流动特性和热传导特性有很大的影响。此外,间隙流场的快速建立过程存在着激波过冲、激波前移、驻激波形成等多个阶段,极其复杂。开展相关的研究有助于加深对发动机启动过程中流场变化的了解。首先,论文针对间隙流场的稳态特性进行了研究。通过油流试验获得了间隙下壁面流动分离与激波边界层相互干扰造成流线的汇聚,研究了不同宽高比下间隙流场之间的相似特性。雷诺数是决定间隙流场的重要参数。通过仿真研究发现,当雷诺数相同时,无量纲间隙流场完全相同,为小尺寸间隙流场的放大进行研究提供了理论依据;此外,还研究了雷诺数对分离泡尺寸、泄漏流量以及间隙下壁面摩擦系数的影响,得到了雷诺数与摩擦系数之间的线性关系。其次,对流场的快速建立过程进行了研究。通过试验得到了不同宽高比间隙流场快速建立过程的纹影和压力试验数据,把间隙流场的快速建立过程划分为5个阶段,分别研究了各个阶段流场变化的特点及其原因;分析了不同宽高比间隙流场建立过程的异同,结果显示不同宽高比流场之间的流动阻力差异是导致流场建立过程不同的主要原因。最后,通过数值仿真研究了不同间隙构型以及间隙射流对间隙流场的影响。结果显示,间隙流场对流道收缩/扩张非常敏感,相比于流道扩张,流道收缩对间隙流场的影响更大。凸肩对间隙泄漏流动具有明显的抑制作用,其中双侧凸肩效果最好。射流能够减少间隙泄漏流量,射流位置对减小泄漏流动影响不大,射流总压的增加能够减少泄漏流量。

关键词：涡轮叶尖间隙泄漏流动流场建立间隙形状

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