大涵道比风扇转子的非定常数值模拟

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1、第41卷第5期航空发动机V01．41N。．52015年10月AeroengineOct．2015大涵道比风扇转子的非定常数值模拟解亚东，朱贤，丁建国(中航工业商用航空发动机有限责任公司，上海201108)摘要：为了更好地设计大涵道比风扇转子及外涵导叶(OGV)，采用非线性谐波法对某大涵道比风扇转子及OGV进行了非定常和定常数值计算，2种计算方法获得的风扇外涵级的流量、增压比、绝热效率有一定差异，并分析了性能变化的原因。通过对其典型截面的非定常流场进行快速傅里叶分解，在频域内分析了风扇转子和OGV之间的转静干扰效应，以及交界面典型脉动量的周

2、向波形，从频域的角度分析了影响性能的原因；同时观察到一些时域中难呈现的现象。结果表明：通过非定常数值计算，大涵道比风扇外涵级绝热效率曲线随时间变化呈现正弦曲线的形状，幅值约为O．59个百分点；风扇外涵级绝热效率最高、最低点分别出现在风扇尾迹通过静子通道的约3／4和1／4处。关键词：大涵道比风扇转子；非线性谐波法；非定常计算；时域分析；频域分析中图分类号：V211．45文献标识码：Adoi：10．13477匀．cnki．aeroengine．2015．05．004UnsteadyNumericalSimulationofHighBypass

3、RatioFanXIEYa—dong，ZHUXian，DINGJian—guo(AVICCommercialAircraEEngineCo．Ltd．，Shanghai201108，China)Abstract：TheunsteadyandsteadynumericalcalculationofahighbypassratiofanandOGVwereobtainedbynonlinearharmonicmethodtodesignthembetter．Thebypassflowspressureratio，stageadiabaticef

4、ficiencyofthefanwhichgotfromthetwosimulationmethodsweredifferent,andthereasonswereanalyzed．BasedontheFastFourierTransformation(Frr)ofthetypicalprofilesofthestage，therotor—statorinteractionsbetweenthefanandOGVwereanalyzed，andthecircumferentialdistributionoftypicalunsteadyp

5、erturbationWasstudiedtogiveouttheinfluencesreasoninthefrequencydomain．Thephenomenahardlyobservedinthetimedomaincanbediscoveredsimultaneously．Theresultsshowthatthestageadiabaticefficiencyofthehighbypassratiofanisasinusolidaccordingtothetime．andtheamplitudevalueisaboutO．59p

6、ercentaccordingtounsteadynumericalcalculation．Themaximumandminimumvalueofthestageadiabaticefficiencyislocatedon3／4and1／4OGVthatthefanwakepassedthrough．Keywords：highbypassratiofan；nonlinearharmonicmethod；unsteadycalculation；timedomainanalysis；frequencydomainanalysis0引言国内外风

7、扇数值模拟普遍采用3维定常和非定常模拟技术。定常模拟比非定常模拟的计算量小，广泛应用于工程设计，但是在处理多叶片排交界面时，采用掺混面平均的方式而忽略了上下游的非定常相互作用。非定常模拟相对完整地保留了其技术细节，但是计算量庞大，难以用于工程设计。1985年，美国NASA刘易斯研究中心的Adamczykm弓[人了3个平均算子，建立了描述叶轮机内确定性非定常流动的通道平均方程(AveragePassageEquations)，目的是通过引入确定性应力来反映转静干涉对时均流动的影响。正如雷诺平均带来的“雷诺应力”模化难题一样，Adamczyk

8、的通道平均方法引入了“确定应力”的建模难题。为此，20多年来，国内外学者进行了许多创新性研究12-61。1992年，Giles提出了渐进求解的思路171，其后，在其启发下进行了创造性发展[s-