基于周向彎曲旋轉(zhuǎn)葉片的動靜干涉流場及其氣動噪聲的數(shù)值研究.pdf

1、葉片排間的動靜干涉是葉輪機械固有的非定常流動特征。動靜干涉流動主要包括：相鄰葉排間的勢干擾、尾跡與葉排的干擾、二次流與葉排的干擾。其中，尾跡在下游葉片表面的非定常脈動力引起的動靜干涉噪聲，是高涵道比渦扇發(fā)動機主要噪聲源之一，也是干線噴氣客機在起飛、降落過程中的主要聲源，應(yīng)用彎掠葉片技術(shù)具有提高氣動效率、減小流動損失、擴大穩(wěn)定運行工況范圍和降低氣動噪聲等顯著優(yōu)點。通過葉片彎掠技術(shù)優(yōu)化動靜葉排干涉流場，進而控制氣動噪聲具有重要的理論研究意義

2、和工程應(yīng)用價值。本文將彎掠葉片技術(shù)引入到軸流風扇動靜葉排中，研究彎掠葉片對動靜干涉流動的影響，探討通過彎掠葉片技術(shù)降低動靜干涉氣動噪聲的可能。本文以低壓軸流風扇三個不同周向彎曲角度的旋轉(zhuǎn)動葉與同一徑向直立靜葉的組合為研究對象，采用數(shù)值計算方法，研究了動葉周向彎曲對于動靜干涉非定常流動及氣動噪聲的影響。本文主要研究內(nèi)容和研究成果如下：1)以T35通風機葉輪為原型設(shè)計加工了徑向、周向前彎、周向后彎三個轉(zhuǎn)子葉輪，并匹配相應(yīng)的靜子葉輪。在NUM

3、ECA-Fine/Turbo軟件平臺上，利用混合平面法對所研究的葉輪內(nèi)部三維流場進行了定常計算，利用滑移網(wǎng)格技術(shù)對流場進行非定常數(shù)值計算。計算結(jié)果表明，在壓升方面前彎葉片比原型葉片性能更優(yōu)，后彎葉片的性能則有所下降。2)通過分析總壓升、各速度分量沿葉高的分布研究了動葉周向彎曲對徑向二次流的控制。前彎葉輪的最大總壓出現(xiàn)在比徑向葉輪更靠近葉片中部的位置；后彎葉輪比徑向葉輪則更靠近葉頂。具有一定周向前彎角度的葉片內(nèi)部流場中，由于葉片對流體作用

4、力的徑向分量與流體所受到的慣性離心力的共同作用，改變了葉片表面附面層流體的遷移方向。3)基于計算結(jié)果分析了動靜級間總壓脈動、動葉尾跡的形狀、傳播以及尾跡與下游靜葉的相互作用。結(jié)果表明動葉周向彎曲有利于動葉尾跡和主流的摻混，能夠加快尾跡耗散。動葉周向彎曲可以直接改變動葉尾跡形狀，形狀彎曲的尾跡與靜葉作用時在不同葉高存在相位差，可以減小靜葉所受合力的峰值。4)采用渦脫落噪聲預(yù)測的Fukano模型對動靜葉的寬頻噪聲聲壓級進行了預(yù)測。動葉渦脫落