两类涡轮激波结构及演化规律研究

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1、第35卷第6期北京理工大学学报Vol.35No.62015年6月TransactionsofBeijingInstituteofTechnologyJun.2015两类涡轮激波结构及演化规律研究季路成,马伟涛,冯福金(北京理工大学宇航学院,北京100081)摘要:针对收缩、收缩扩张两类涡轮叶栅中激波结构及其演化规律的问题,采用数值模拟的方法研究得到了两类叶栅在变工况下的流场等马赫数云图及叶表马赫数分布,经分析获得了关于收缩、收缩扩张叶栅在超跨音工况下激波结构主要差别的认识及激波附面层分离的基本判别准则,即激波前后压比达到1.4时附面层将发生分离.关键词:超跨音涡轮;激波结构;激波附面层干扰

2、;数值模拟中图分类号:V231.3文献标志码:A文章编号:1001-0645(2015)06-0571-05DOI:10.15918/j.tbit1001-0645.2015.06.005ResearchontheShockWaveStructureandItsEvolutioninTurbineCascadesJILu-cheng,MAWei-tao,FENGFu-jin(SchoolofAerospaceEngineering,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,China)Abstract:Toclarifytheshockwaves

3、tructureanditsevolutionofturbinecascadesworkingintwodifferentconditions,constrictiveandcontrictive-expandable,thebladesurfaceMachnumberdistributionandMachcontourswereobtainedwithnumericalsimulation.Withthesimulationresultanalysis,thelawofshockwaveevolution,andthemaindifferencebetweentheshockwavest

4、ructuresofconstrictiveandcontrictive-expandableturbinecascadesintransonicworkingconditionswereobtained.Theseparationstandardoftheboundarylayerbehindtheshockwavewasalsoobtained.Whenthepressureratioofpostandpretheshockwavereaches1.4,theboundarylayerwillseparate.Keywords:transonicturbine;shockwavestr

5、ucture;interactionbetweenshockwaveandboundarylayer;numericalsimulation高压涡轮级由早期导叶、转叶全亚音发展至现轮部件技术的实际进展,如IHPTET计划X、国内[57]今其中单一叶排超/跨音,并正向导叶、转叶全部超/对转涡轮超音转叶研究.跨音发展.激波结构及其演化因而成为研究者关注本文针对收缩和收扩两类常见涡轮叶栅,采用[1]的重要方向.Sieverding研究给出了超音速尾缘数值方法研究其中激波结构及随工况变化情况,以区激波结构及通过背压、尾缘楔角、喉道后吸力面曲加深叶型几何与激波结构关联的认识.[2]率等预测底压的关联

6、规律.Denton研究给出了关1两类典型叶栅几何案例于超跨音涡轮尾缘损失的基本关系.另一些研究者[34]则关注激波/叶表相交结构,指出尾缘压力侧激涡轮设计中常见两类典型叶栅:适用于亚音或波分支会传递到相邻叶片吸力面,产生激波/附面层低跨音的通道纯收缩叶栅;适用于出口马赫数大于干扰和反射激波.这些机理认识越来越多体现为涡1.1~1.2的收扩叶栅.在真实运行环境中,这两收稿日期:20131120基金项目:国家自然科学基金资助项目(51376023)作者简介:季路成(1970—),男,教授,博士生导师,E-mail:jilc@bit.edu.cn.572北京理工大学学报第35卷类叶栅构成的叶片会

7、经历亚音、跨音和超音工况,因此,两类叶栅变工况下激波结构及其演化值得关注.本文选择Goldman叶型作为纯收缩通道叶栅案例,而以俄罗斯40号叶型作为收扩通道叶栅案例,研究两类叶栅中变工况下激波结构及其演化规律.表1为特征参数,图1为两者叶型几何.表1两个叶栅特征参数数据Tab.1Characteristicparameteroftwocascades图2典型网格前缘半尾缘半折转安装栅距弦长/Fig.2Typicalmes