对跨音速转子附面层发展控制研究[1]

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1、万方数据第52卷第1期2010年2月汽轮机技术TURBINETECHNOLOGYV01.52No.1Feb.2010对跨音速转子附面层发展控制研究李勇,王如根,夏钦斌(空军工程大学工程学院,西安710038)摘要:采用数值方法模拟了低雷诺数条件下NASARotor37跨音速压气机转子内部流场。结果表明,附面层径向涡是该压气机转子流动失稳的一个很重要的原因。通过在该压气机转子叶片吸力面叶顶附近处进行抽吸,发现可以很好地抑制附面层径向涡的发展,压气机转子的稳定工作范围明显扩大。此外,还比较了不同的抽吸量对压气机性能的影响。关键词:压气机;流动失稳;低

2、雷诺数;附面层径向涡;抽吸分类号:V231.9文献标识码:A文章编号:1001-5884(2010)01-0032-03ResearchonBoundaryDevelopmentControlatTransonicCompressorRotorLIYong,WANGRu—gen,ⅪAQin—bin(EngineeringCollege,AirForceEngineeringUniversity,Xi’an710038,China)Abstract:TheflowinstabilityofNASARotor37transoniccompressor

3、rotoratlowReynoldsnumberwasinvestigatedbynumeficMsimulation.Theresultshowsthattheboundarylayerradialvortexbecomesallimportantfactorfortriggering硪thecompressorflowinstability.It’Sfoundthatthestabilityworkrangisobviouslyenlargedbysuctiononthebladesuctionsurfacenearthebladetip.T

4、heinfluenceofsuctionnlasstothecharacteristicofthecompressorwagcompared.Keywords:compressor;flowinstability;lowreynoldsnumber;boundarylayerradialvortex;suction0前言压气机内部不稳定流动现象的研究一直是学术界关注的焦点,研究目标在技术上是实现对不稳定流动现象的控制,在学术上是澄清叶片通道内部流动失稳的流体力学机制,从而二者结合起来建立叶轮机稳定型设计的思路和方法。然而只有深刻理解了轴流压气机内

5、部流动失稳的机制,人们才能有的放矢地发展各种控制策略。在近些年,研究人员对轴流压气机内部流动失稳触发机制进行了广泛深入的研究,现在一般认为激波与间隙泄漏涡的相互作用使得间隙泄漏涡破裂,这可能成为导致跨音速压气机转子内部流动失稳的重要原因11-sJ。而在低雷诺数条件下,部分文献认为由于受到雷诺数和逆压梯度等因素的作用,叶片吸力面附面层气流分离现象必将更加严重,附面层径向涡迅速发展起来,并在叶顶形成大面积附面层分离区,阻塞叶顶流场,对压气机稳定性产生重要影响,甚至会使压气机的流动失稳机制发生变化。许多研究人员还对于扩大压气机转子的稳定工作范围进行了大

6、量的研究,如机匣处理、叶顶喷气、抽吸等,并取得了一定的效果№‘9J。因此,本文对低雷诺数下跨音速转子的流动失稳机制进行了初步探讨,并针对该转子的流动失稳原理采用在叶片表面抽吸的方法对其进行了相应的扩稳班宜。收稿日期:2009-07-231数值分析方法由于NASARotor37跨音速压气机转子具有较为丰富的实验测量数据,其内部的流动特性在跨音速压气机中具有一定代表性。因此以NASARotor37跨音速压气机转子为研究对象,使用商业CFD软件(NUMECA)模拟低雷诺数条件下失速工况时转子内部流场的流动失稳机制。其中,控制方程为雷诺平均Navier—

7、Stokes方程,湍流模型采用加入AGS转捩模型的spal缸一Allmaras湍流,计算中还采用了隐式残差光顺法和完全多重网格加速收敛技术。在之前的研究中已经对该数值模拟方法的模拟精度和可靠性进行了详细的分析¨o

8、,结果表明:采用加入AGS转捩模型的Spalart—Allmaras湍流模型具有较好的计算精度。2跨音速转子内部流动失稳采用数值方法模拟了低雷诺数条件下100%设计转速下NASARotor37跨音速压气机转子的内部流场。为了分析附面层径向涡对跨音速压气机稳定性的影响机理,对低雷诺数条件下失速工况时附面层径向涡的流动发展特性进行了分析。图

9、1给出了压气机转子吸力面侧的流场结构图,红色为叶片吸力面极限流线,白色为附面层径向涡粒子示踪。其中附面层径向涡由叶根处叶片吸力面附面层转

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