低速軸流渦輪分離流動(dòng)的數(shù)值模擬與流動(dòng)控制.pdf

1、渦輪是航空發(fā)動(dòng)機(jī)和地面燃?xì)廨啓C(jī)的重要組成部件。在低雷諾數(shù)的情況下，渦輪內(nèi)部的邊界層流動(dòng)主要為層流流動(dòng)。在逆壓梯度的作用下，層流邊界層容易發(fā)生流動(dòng)分離，并且可能存在轉(zhuǎn)捩。因此渦輪內(nèi)部的流動(dòng)非常復(fù)雜。分離流動(dòng)會大大降低渦輪的效率和穩(wěn)定性，因此研究渦輪內(nèi)部的分離流動(dòng)及其控制方法具有重要意義。當(dāng)前對低速渦輪內(nèi)部流動(dòng)及流動(dòng)控制的研究均針對直列葉柵。對實(shí)際渦輪中分離流動(dòng)控制方法的研究很少。針對這一問題，在本文中，做了如下研究:
　　(1)低速

2、渦輪在低雷諾數(shù)下的內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理研究。分別采用層流模型、SST湍流模型、轉(zhuǎn)捩SST模型和基于WALE模型的大渦模擬對某低速軸流渦輪在低進(jìn)口雷諾數(shù)下的內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比發(fā)現(xiàn)大渦模擬和轉(zhuǎn)捩SST模型均能較準(zhǔn)確的模擬出靜葉吸力面的層流分離和葉片通道內(nèi)的二次流動(dòng)。
　　以大渦模擬WALE模型的模擬結(jié)果為基礎(chǔ)，對低速渦輪的內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，得到以下結(jié)論:靜葉葉片表面存在大尺度的分離流動(dòng)，分離流動(dòng)沿徑向有葉頂向葉根

3、流動(dòng);由于分離流動(dòng)、回流以及葉根處通道流動(dòng)的共同作用，靜葉葉根處的速度損失要明顯高于葉頂處的速度損失。靜葉尾跡對流動(dòng)角的影響較小，對流動(dòng)角起決定性作用的因素是葉片表面的分離流動(dòng)。隨著湍流強(qiáng)度的提高靜葉表面的分離流動(dòng)推遲。動(dòng)葉入口處的低速微團(tuán)在動(dòng)葉通道內(nèi)做周向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)沿徑向運(yùn)動(dòng);高速微團(tuán)則主要做周向運(yùn)動(dòng)。動(dòng)葉尾緣存在較大的分離流動(dòng)。
　　(2)低速渦輪在低雷諾數(shù)下的分離流動(dòng)控制方法研究。研究了C型槽、V型槽、粗糙帶和凸臺四種被動(dòng)控

4、制方法和基于射流渦流發(fā)生器的主動(dòng)控制方法。當(dāng)來流湍流度為2％時(shí)，C型槽、V型槽以及租糙帶三種被動(dòng)控制方法未能起到抑制分離的效果。凸臺在加載到前緣和最大厚度處時(shí)均可有效抑制流動(dòng)分離，加載到分離前則會導(dǎo)致分離提前。當(dāng)來流湍流度為0.5％時(shí)，四種被動(dòng)控制方法均失效，只有射流渦流發(fā)生器能夠起到抑制分離流動(dòng)的效果。當(dāng)射流吹風(fēng)比小于2時(shí)控制效果不明顯。當(dāng)吹風(fēng)比為2時(shí)則可以較好的控制流動(dòng)分離。
　　對于不同控制方法產(chǎn)生不同控制效果的原因進(jìn)行了分