基于VGJs技術(shù)的渦輪流動分離主動控制研究.pdf

1、低雷諾數(shù)條件下渦輪性能降低的主要原因在于渦輪葉片表面發(fā)生的邊界層流動分離。本文采用數(shù)值求解三維粘性N-S方程的方法，系統(tǒng)研究了小孔穩(wěn)態(tài)射流式旋渦發(fā)生器(Vortex Genetor Jets，VGJs)對低雷諾數(shù)渦輪分離流動的控制。 通過大量的數(shù)值計算，論文系統(tǒng)分析了射流氣動參數(shù)(射流流量)、射流孔幾何參數(shù)(射流孔徑大小，射流孔間距大小)、主流流動狀況(主流進口湍流度)對分離控制的影響效果，并揭示了VGJs控制邊界層分離的物理

2、機制。研究結(jié)果表明，VGJs射流與主流的剪切與摩擦，在流場中形成強化了一邊渦系的馬蹄渦結(jié)構(gòu)，將主流高動量流體裹挾進邊界層中，促進了邊界層區(qū)與主流區(qū)的動量交換，有效抑制邊界層流動分離。 在以上研究的基礎(chǔ)上，本文進行了兩項創(chuàng)新性研究。一是提出并研究了將不同孔徑、不同孔距射流孔混合排列的結(jié)構(gòu)；二是提出并研究了逆主流VGJs對流動分離的控制。 對于組合排列射流孔結(jié)構(gòu)研究，作者選擇了四種射流孔排列方式，即不同孔徑射流孔徑向等距

3、交錯排列結(jié)構(gòu)，不同孔徑射流孔徑向不等距交錯排結(jié)構(gòu)，不同孔徑射流孔弦向交錯排列結(jié)構(gòu)，以及不同孔徑射流孔弦向交錯、徑向不等距排列結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明，VGJs射流孔組合排列結(jié)構(gòu)，以大孔射流為主，采用小孔小流量射流對大孔射流控制的分離流場進行“彌補”與調(diào)節(jié)，充分降低了射流摻混損失。弦向交錯、徑向不等距排列結(jié)構(gòu)，較之單一孔徑射流孔排列結(jié)構(gòu)，當(dāng)總壓損失系數(shù)降低了22﹪的同時，減小射流流量25﹪。 逆主流射流VGJs，指的是射流偏轉(zhuǎn)角與主流