低壓渦輪葉柵流動分離控制及其機理研究.pdf

1、 國內圖書分類號： TK83 學校代碼： 10213 國際圖書分類號：621 密級：公開 工學博士學位論文 工學博士學位論文 低壓渦輪葉柵流動分離控制及機理研究 博 士 研 究 生 ：李超 導 師 ：王慶超 教授 副 導 師 ：顏培剛 教授 申 請 學 位 ：工學博士 學 科 ：動力機械及工程 所 在 單 位 ：能源科學與工程學院 答 辯 日 期 ：2017 年 6 月 授予學位單位 ：哈爾濱工業(yè)大學 摘 要 - I - 摘

2、要 高空無人機是偵察衛(wèi)星的重要補充和增強手段，能夠持續(xù)戰(zhàn)略偵察，獲取戰(zhàn)略情報，對信息化作戰(zhàn)具有重要作用，受到各國高度重視，被美國空軍列為 21 世紀的關鍵技術之一。然而，高空長航時無人機在高空巡航時，由于大氣密度的下降，發(fā)動機低壓渦輪運行雷諾數會降低到 0.25 105 以下，葉片表面大部分呈現層流狀態(tài)，容易導致葉片吸力面邊界層發(fā)生分離，降低發(fā)動機的整體性能。為了減小發(fā)動機制造和運行成本，提高推重比，低壓渦輪葉片負荷不斷提高，同時使邊界

3、層分離和端壁二次流流動惡化，控制邊界層流動分離，研究流動控制機理，對提高低壓渦輪性能具有重要意義。 為了控制低壓渦輪葉柵流動分離，減小損失，研究了增加尾緣厚度（IT）和尾緣偏斜（DT）兩種被動控制方式對低壓渦輪葉柵損失、氣流折轉角的影響，揭示了其流動控制機理，研究發(fā)現增加尾緣厚度和尾緣偏斜都能增大氣流折轉角，但僅能在低雷諾數條件下減小葉柵損失。增加尾緣厚度和尾緣偏斜減小了每一級的質量流量，增加柵距，保持主流質量流量不變，增加尾緣厚度和尾

4、緣偏斜同樣可以減小葉柵損失，增加氣流折轉角。增加尾緣厚度和尾緣偏斜一方面使主流發(fā)生偏斜， 加速了吸力面邊界層流動， 抑制流動分離，減小了吸力面湍動能；另一方面增強了流動摻混，增加尾緣厚度和尾緣偏斜對損失的影響是兩方面綜合的結果。 考慮到被動控制在高雷諾數時會增加損失，研究和對比了尾緣射流和渦流發(fā)生器（VGJs）兩種主動控制對低壓渦輪葉柵的影響，發(fā)現渦流發(fā)生器可以用比尾緣射流更少的射流流量控制邊界層流動分離，但 VGJs 促使轉捩提前發(fā)生

5、，增加了吸力面高湍動能區(qū)域面積。為此，將主被動控制結合，研究了 VGJs 分別和襟翼（VGJs-GT） 、尾緣偏斜結合（VGJs-DT）控制邊界層流動分離，揭示了其流動控制機理，對比了兩者對葉型損失和流動的影響，研究發(fā)現 VGJs-GT 和 VGJs-DT 都能進一步減小渦流發(fā)生器葉柵損失，增加氣流折轉角，與單獨使用 VGJs 相比，VGJs-DT 和 VGJs-GT 能用更少的射流流量控制流動分離。 為了提高低壓渦輪葉柵負荷， 減小了