高负荷低压涡轮叶片边界层损失机理研究

《高负荷低压涡轮叶片边界层损失机理研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、高负荷低压涡轮叶片边界层损失机理研究1112綦蕾，邹正平，刘火星，王雷（1.北京航空航天大学航空发动机气动热力国防科技重点实验室，航空发动机数值仿真研究中心，北京100191;2.中航工业沈阳发动机设计研究所涡轮室，沈阳110015）摘要：对不同雷诺数、不同来流湍流度条件下某典型高负荷低压涡轮叶片边界层流动进行了数值模拟，详细分析了雷诺数和湍流度对边界层分离与转捩的影响机制。结果表明：随着雷诺数的降低叶栅出口总压损失增大，一方面雷诺数减小吸力面边界层抗分离能力减弱，边界层分离引起损失增加，另一方面雷诺数减小吸力面层流边界层摩擦损失增大；随着湍流度的升高叶栅出口总压损失先减小后增大，这是因

2、为低湍流度时流动分离损失占主要地位，湍流度增大分离减弱，叶栅总压损失减小；高湍流度时流动分离损失较小，边界层摩擦损失占主要地位，湍流度增大摩擦损失相应增加，叶栅总压损失增大。关键词：分离；转捩；雷诺数；湍流度；高负荷低压涡轮中图分类号：V221文献标识码：ABoundarylayerlossmechanismsofhighly-loadedLPturbineblades1112QiLei,ZouZhengping,LiuHuoxing,WangLei(1.NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonAero-EngineAero-Thermo

3、dynamics,Aero-EnginesSimulationResearchCenter,BeihangUniversity,Beijing100191,China;2.TurbineDivision,AVICShenyangAero-EngineResearchInstitute,Shenyang110015,China)Abstract:Numericalsimulationsofboundarylayerflowofahighly-loadedlowpressureturbineairfoilwithdifferentReynoldsnumbersandfreestreamtur

4、bulenceintensities(FSTIs)werecarriedout.TheeffectsofReynoldsnumberandFSTIontheflowseparationandtransitionwereinvestigated.TheresultsindicatethatthetotalpressurelossatthecascadeexitriseswithadecreaseofReynoldsnumber.ThelowReynoldsnumbercausestheseparationresistingabilityoftheboundarylayertodiminis

5、h,andtheflowseparationlosstoincrease.Additionally,thefrictionlossofthelaminarboundarylayerincreasesasReynoldsnumberincreases.ThetotalpressurelossdropsfirstandthenriseswiththeincreaseinFSTI.ThisisbecausethattheseparationflowlosspredominatesatlowFSTIs.TheincreasedFSTIreducestheseparationbubblesizea

6、nd,consequently,reducesthetotalpressurelossatthecascadeexit.Incontrast,athighFSTIs,theboundarylayerfrictionlosspredominates.ThefrictionlossincreasesduetotheincreasedFSTI,leadingtothetotalpressurelossatthecascadeexit.Keywords:separation;transition;Reynoldsnumber;turbulence;highly-loadedLPturbine0引

7、言低压涡轮是影响整个发动机总体性能最大的部件之一。在现代航空发动机中，低压涡轮主要用来驱动风扇和增压级，由于转速和进口燃气的温度、压力都较低，单级低压涡轮的输出功率有限，因而通常级数较多，其重量最大可占整台发动机总重量的三分之一。随着航空发动机性能指标的不断攀升，发动机涵道比进一步提高，为了满足大涵道比涡扇发动机风扇和低压压气机增压比的要求，低压涡轮的级数和重量都进一步增加，因此减小低压涡轮重量就成为现代大涵道比涡扇发动机设计的关键