弯扭叶片理论与设计方法作业

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1、弯压气机叶栅内端壁流动的实验与数值模拟研究摘要：在弯压气机叶栅中，为了理解三维的流动状况，尤其是角区失速现象，已经进行了大量详细的实验和数值模拟研究。这些弯叶片流动状况的实验和数值模拟结果都是与直叶片进行对比。直叶片的数值模拟结果显示，在靠近叶片吸力面位置处存在两个对旋涡。弯叶片的计算结果显示涡的存在变弱了，究其原因是因为在弯叶片壁面处的叶片载荷较直叶片小。当气动载荷增强的时候，在直叶片靠近角区失速位置形成了三个涡，同时当靠近角区失速区域的涡的数量减少到两个是时候，在靠近前缘位置形成了一个涡。术语AVDR轴向速度密度比P气流角C弦长0叶型弯角CaX轴向弦长A弯角DF扩散系数安装角h叶高0)

2、总压损失系数k湍动能：k=»72/2=(P/I-Pr2)/(P,I-P1)M等嫡马赫数Pt总压下标Ss,Sb前缘鞍点1:=前缘上游进口截面Tu湍动度：Tu=岱2:=尾缘下游出口截面u,U速度：U="+U'X轴向方向上标y周向方向=周向质量平均或时间平z径向方向/■=非稳态1引言对于燃气轮机，多级轴流压气机的低损失、高效率是尤为重要的。在现有的高负荷、小展弦比叶片的多级压气机三维流场是复杂的，并且壁面损失来源于二次流的增强。因此，降低二次流损失以达到效率的提高是有必要的。迄今为止，关于弯、掠及端壁弯曲叶片的三维流场研究已经进行很多了。在线性压气机叶栅中，关于弯和掠叶片的影响的实验研究已经被报

3、到出来了。Weingold等人进行了搭载弯曲静叶的三级高速压气机实验，发现能够提高压比和效率。Fischer等人在一个四级高速轴流压气机中研究了大弯角静叶的流场影响。LeJambre等人在一个包含弯叶片的十一级高压压气机演示了效率提升2%的一个实验。Gummer等人对高负荷跨音速压气机描述了弯和掠概念。他们的数值研究显示，先进的叶片能提高径向载荷分布并且改善端壁边界层的发展。近来，一些数值模拟分析已经完成，目的是为了理解在轴流压气机叶片角区失速位置流动机理。这其屮冇两个文献阐述了在一跨音速压气机动叶或者静叶屮靠近叶片吸力面靠后位置处角涡的形成，同时在另一篇文献屮展示了在一线性压气机叶栅屮靠

4、近角区失速位置处三维分离情况。在此之前，还没有详细介绍关于弯叶片压气机叶栅屮角涡以及吸力面分离的文献。本文通过实验和数值模拟揭示了弯叶片压气机叶栅三维流场，尤其是角区失速位置。关于弯叶片二次流和角区位置的实验和数值模拟结呆都是与直叶片进行比较。数值模拟结果是用来初略获得叶片和边壁表面角区的流动机理。同时本文述详细研究了进口气流角对角区失速的影响。原文下一部分详细解释了实验建立过程，在此不过多叙述，仅把重要参数给出。测量使用三孔探针测量，叶片表而以及端壁采用表而油膜法观察流动。叶型采用NACA65叶型，叶栅共七个叶片，测量只采用屮间流道，具体参数详见表1,叶片扩散系数大约为0.4,为了考察进

5、口气流角对二次流以及角区失速的影响，采用44.1°,47.1°和50.1°三种进口气流角。进口流速60m/s,雷诺数2.2X10’。表1叶栅几何参数叶栅叶型NACA65安装角©（度）32.2弦长C(mm)52.8叶型弯角&彼）30.1稠度1.08展弦比2.3图1展示了弯叶片叶栅的外形。2数值模拟步骤数值模拟分析使用的是基于雷诺时均N・S方程和带有壁面函数的标准k-€模型的内部代码。控制方程采用有限体积法进行求解，对对流通量采用三阶迎风格式，扩散通量采用二阶中心弄分格式。时间积分采用二阶显格式。在进口边界，总压、总温沿径向分布情况以及进口气流角都是固定的。出口边界固定静压。进口气流角分别设定

6、为42.1,44.1,47.1,50.1和52.1度。采用标准H型网格，三维计算所用网格周向40个网格节点，径向40个节点，轴向124个节点，总网格数200,000o图1弯叶片叶栅的外形3结果和讨论3.1实验与数值模拟结果分析sucticxisurfacesuctionsurface(a)直叶片separationbubbleleadingedgeleadingecornerstallregion(b)弯叶片图2所示为在设计进口气流角(47.1度)下，直叶片和弯叶片吸力而以及端壁表而上得到的实验流线和数值模拟极限流线的对比，其屮实验结果是通过表而油膜法得到的。实验数据显示出在叶片吸力面和端

7、壁表面都有角区失速团。数值模拟结果也显示在叶片流道靠后位置冇角区失速。数值结果与实验结果是相吻合的。从叶片吸力面的实验结果可以看出，在从前缘向下游靠近60%弦长处，存在一个层流分离泡。然而，在数值模拟结果中却没冇，原因是在计算过程屮流动是被假定为完全的湍流。图2表面汕膜法实验结果和壁面极限流线(几=47.1。)图3所示为在叶片尾缘后50%弦长处，总压损失系数沿径向分布规律的测量和数值模拟结果对比。在实验结果中，两种叶片的