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推进技术 2022年第11期43卷 144-155页

作者：梁津华曾军中国航发四川燃气涡轮研究院四川成都610500

为研究压气机三维叶片对激波和复杂二次流动的影响机理及提升相应的控制技术,耦合伴随优化方法、网格变形技术和数值计算方法,建立了压气机叶片伴随优化设计系统,利用该系统,在98%堵塞流量工况,对rotor 37转子的叶片进行了优化。叶片优... 详细信息

为研究压气机三维叶片对激波和复杂二次流动的影响机理及提升相应的控制技术,耦合伴随优化方法、网格变形技术和数值计算方法,建立了压气机叶片伴随优化设计系统,利用该系统,在98%堵塞流量工况,对rotor 37转子的叶片进行了优化。叶片优化后,压气机等熵效率提高了0.79%,压比提升了0.48%,质量流量增加了0.71%,出口熵增降低了3.85%。此外,叶片优化可提升全工况下的效率和总压比,特别是在大逆压梯度工况,性能提升更为显著。流动机理研究表明,叶片优化后,前缘往叶背偏移,尾缘往叶盆偏移,调整了气流进口几何角和出气角沿叶高的分布,减少了气流出口参数不均匀所带来的掺混损失,优化叶片在叶片前缘形成一个弓形结构,降低了前缘马赫数峰值,使边界层更好发展;优化叶片调整了叶片最大弯度位置,使气流折转更合理。叶片优化使得叶片中部负荷前移,激波位置延后,减少了激波和边界层之间的干扰,从而改善了激波后的流动。此外,叶片优化也降低了叶片后部的负荷,进一步改善了叶片后部的流动状况。上述结果证明了基于伴随优化方法开展压气机叶片优化的可行性和有效性。

关键词： rotor 37 伴随法动网格优化效率熵产

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轴流式旋转机械的气动噪声研究

轴流式旋转机械的气动噪声研究

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作者：张钲浩沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

跨声速转子的气动噪声是航空领域的一个重要研究课题。本文旨在利用对流场进行瞬态计算和模态分解的方法研究其单音噪声的产生机理。本文以典型轴流式旋转机械rotor 37转子为计算模型,通过分离涡模拟(Detached Eddy Simulation,DES)的... 详细信息

跨声速转子的气动噪声是航空领域的一个重要研究课题。本文旨在利用对流场进行瞬态计算和模态分解的方法研究其单音噪声的产生机理。本文以典型轴流式旋转机械rotor 37转子为计算模型,通过分离涡模拟(Detached Eddy Simulation,DES)的数值方法对流场进行瞬态模拟。将计算结果与文献中的结果进行对比,验证本文计算结果的准确性。分析不同工况下的rotor 37转子流场结构的变化。运用傅里叶模态分解(Fourier Mode Decomposition,FMD)技术对rotor 37转子机匣上的压力脉动进行模态分解,以研究叶顶间隙处压力脉动(即气动噪声)的产生机理。在最高效率工况下,分析了激波与叶片前缘相互干涉、与泄漏涡相互作用产生的压力脉动。通过谐波分析法发现监控点处的声压级的能量主要集中在叶片通过频率(Blade Passing Frequency,BPF)及其谐波上。研究还得到了机匣上的噪声分布。使用FMD方法对机匣上的压力脉动进行分析。分析1阶模态及流场后发现,在叶片通道中,通道激波后压力面压强增高,形成高压区。增加的压强在叶片前部产生压差,产生了叶尖泄漏涡。叶尖泄漏涡和诱导涡之间形成低压区。高低压区交替刮过机匣是单音噪声产生的重要原因。2阶模态是1阶模态的谐波模态,频率是它的倍频,空间尺度减半,相应的高低压区随叶片一起转动产生高阶频率的噪声。在近失速工况下,分析了激波与叶片前缘干涉、与泄漏涡作用、激波之间交汇产生的压力脉动。声压级的能量仍集中在叶片通过频率及其谐波上。发现了机匣上的噪声分布,并对两种工况下声压级不同的原因进行分析。分析1阶模态后发现,高压区是由外伸斜激波后增高的压强形成的。在近失速工况下,激波脱体并向通道上游移动,使高低压区也向前移动。叶片尾缘的高低压区是由该处的旋涡引起的。2阶模态较1阶模态周向尺度减半,流向尺度几乎不变。对机匣进行开槽处理,并与光滑机匣模型在最高效率下的工况进行对比。分析了不同位置处的频谱图。在叶片0%～30%弦长处降低了约1 d B的噪声,在叶片60%～80%弦长处降低了约2 d B的噪声。机匣处理降低了叶片前部吸力面侧激波的强度,叶尖泄漏涡被拉向由沟槽形成的低压区,通道激波强度的降低使叶片压力面侧的增压作用减弱;在叶片尾缘处,分离涡的产生被抑制。叶片通道中气体沿周向的压差降低,抑制了此处高低压区的产生;但机匣处理使流场中产生了大量的涡,宽频噪声因此增强。

关键词： rotor 37 单音噪声模态分解机匣处理

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