带脉冲式涡流发生器的低压透平叶片流动控制数值模拟

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1、第31卷第12期航空学报V01．31No．122()lO年12月ACTAAERONAUTICAETASTR()NAUTICASINICADec．2010文章编号：1000—6893(2010)12-2332—10带脉冲式涡流发生器的低压透平叶片流动控制数值模拟刘小民，周海洋(西安交通大学能源与动力T程学院，陕两西安710049)NumericalSimulationofLow-pressureTurbineBladeFlowControlwithPulsedVortexGeneratorJetsLiuXiaomin，Zhou

2、Haiyang(SchoolofEnergyandPowerEngineering，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049，China)摘要：基于Langtry—Menter转捩模型的SST两方程模型。通过数值求解三维非定常雷诺时均Navier-Stokes方程，详细研究了脉冲式射流涡流发生器(pulsedVGJs)对Pak—B低压透平叶片吸力面流动分离的影响．揭示了pulsedVGJs流动控制机理以及脉冲频率和占空系数在流动分离控制过程中的内在关联。数值计算结果表明。pulsedVGJs的引

3、入能够有效抑制甚至消除低雷诺数条件下叶片吸力面上的流动分离。减小总压损失和尾迹宽度。在pulsedVGJs流动控制中，存在最佳射流参数(脉冲频率厂和占空系数19(3)以获得最大程度的流动控制效果。当，一10Hz，DC=0．5时，pulsedVGJs流动控制效果最佳，相对于无pulsedVGJs控制时总搓损失减少了58％。关键词：流动分离；流动控制；涡流发生器；低压透平叶片；数值模拟中图分类号：V231．3文献标识码：AAbstract：BasedonanSSTturbulencemodelcoupledwithaLangtr

4、y—Mentertransitionmodel，three-dimen—sionalviscousunsteadyReynolds—averagedNavier-Stokesequationsaresolved，andtheeffectofpulsedvortexgeneratorjets(pulsedVGJs)ontheflowseparationonthesuctionsideofaPak_Blow—pressureturbine(LPT)bladeisinvestigatednumerically．Theflowcon

5、trolmechanismofpulsedVGJsisrevealed．Theinherentrele—vancebetweenthepulsefrequencyanddutycycleisdemonstratedfromtheflowsimulationsofalow—pressureturbinebladewithpulsedVGJs．ThenumericalresultsindicatethatpulsedVOJscaneffectivelysuppressore—yeneliminateflowseparationo

6、nthebladesuctionsideunderlowReconditions．Thetotalpressurelosscoeffi-cientandwakewidtharealsoreducedevidently．ForpulsedVGJs，thereisareasonablepulsefrequency(，)anddutycycle(DC)toachievetheoptimalflowcontroleffectiveness．ComparedtothecasewithoutpulsedVGJs，thetotalpres

7、surelosscoefficientisreducedby58％whenpulsedVGJswith，=10HzandDC=0．5isused．Keywords：flowseparation；flowcontrol；vortexgeneratorjet；low-pressureturbineblade；numericalsimula—tion涡流发生器(VortexGeneratorJets，VGJs)作为一种具有主动流动控制潜力的流动控制方式，可以随流动状态的变化进行适时的控制调节。当不需要进行流动控制时可以及时关闭VG

8、Js，避免产生额外的附加损失。同时成熟的叶片气膜冷却制造技术的发展也为VGJs的应用提供了良好的研究基础。近些年来，正是由于脉冲式涡流发生器(pulsedVGJs)在流动控制中的优异表现，受到愈来愈多的关注，国内外许多研究机构和学者正在积极开展基于pulsedVGJS流动控制的研究。收稿日