弯曲叶片对压气机轮毂-角区失速的影响

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1、第44卷第2期2012年4月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics&AstronauticsV01．44No．2Apr．2012弯曲叶片对压气机轮毂一角区失速的影响罗钜胡骏李亮赵运生(南京航空航天大学能源与动力学院，南京，210016)摘要：为了数值模拟弯曲静子对某两级低速轴流压气机总体性能及轮毂一角区失速的影响，选取了第1级静子进行弯曲。弯曲静子积叠线为贝塞尔曲线一直线一贝塞尔曲线(Bezier—line—Bezier，BLB)形式，弯高为20％叶片高度，弯角为lo，

2、15，20，25和30。。结果表明，弯曲叶片能有效抑制小流量范围内的轮毂一角区失速，从而改善压气机的性能。过度的弯曲会带来较大的叶型损失，从而导致大流量工况下压气机效率有所下降。扩散因子不能作为判断轮毂一角区失速是否存在的主要依据。关键词：弯曲叶片；数值模拟；轮毂一角区失速中图分类号：V231．3文献标识码：A文章编号：1005．2615(2012)02—0139—07BowedBladeEffectonHub—CornerStallLuoJu，HuJun，LiLiang，ZhaoYunsheng(CollegeofEnergy

3、andPowerEngineering，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Anumericalsimulationisperformedtoanalyzetheeffectoffirststagebowedstatorwithdif～ferentbowedanglesonthetotalperformanceandthehub-cornerstallforatwo—stagelowspeedaxialcompress

4、or．Bezier—line—Bezier(BLB)curveischosenasthestackingline．ThebowedheightofBLBis20％ofbladeheightandthebowedanglesare10，15，20，25and30。．Theresultshowsthatbowedbladecansuppressthehub-cornerstallatlowflowrate，thusincreaingtheefficiency．Moreover，exces—sirebowcancausebiggerp

5、rofileloss，whichdecreasestheefficiencyathighflowrate．Diffusionfactorbasedonthetwo—dimensionalairfoilseparationdatacannotbeusedasthecriteriontopredictthehub-cornerstall．Keywords：bowedblade；numericalsimulation；hub—cornerstall随着对压气机性能要求的不断提高，如何更好地减小流动损失变得更加具有挑战性。众所周知，由于

6、压气机通道内部流动是一种具有粘性、逆压梯度、非定常等特点的三维流动，大量的实验和数值研究表明[1-8]，在出口背压较高的小流量工况下，轮毂一角区失速的出现是压气机静子内部流动堵塞和损失增加的主要原因，其限制了压气机压升能力并使得效率降低。对于轮毂一角区失速这个概念，MIT的I．eiEz3将其定义为当压气机出口静压提高到一定程度时，端壁和吸力面同时发生回流的严重分离现象。当轮毂一角区失速出现后，轮毂一角区分离涡最后将向上跃起和吸力面上的集中脱落涡相互掺混，造成通道堵塞并增加总压损失。作为一种控制端壁附面层二次流动的手段，弯、掠叶片

7、三维设计技术在国内外已有很多学者开展了这方面的研究。Breugelmans等人[3]最早在压气机叶栅上对弯、掠叶片进行了实验研究，随后Weingold，Sasaki，Gallimore，Grimmer，Fischer等人[3‘83对压气机弯曲静子进行了更为深入的实验和数值研究。国内哈尔滨工业大学王仲奇等[9]对弯曲叶片也开展了大量的研究工作。研究发现，当总压损失主要集中在端壁处时，叶片正弯曲能改善端壁处的流动，使得损失降低，而反弯的效果则与之相反。作为弯曲叶片能够改善叶片端部气体流动的收稿日期：2011—07—08；修订日期：2

8、012—01-14通讯作者：胡骏，男，教授，博士生导师，1959年5月生，E—mail：hjape@nuaa．edu．ca。140南京航空航天大学学报第44卷机理解释，从流动本质而言叶片的弯曲引入径向分力这一点被国内外学者公认。与弯曲叶片在涡轮叶栅上的应用不同的