尾迹诱导下低压涡轮非定常转捩的数值模拟

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1、第45卷第5期2013年10月南京航JournalofNanjing空航天大学学报UniversityofAeronautics&AstronauticsV01．45No．50ct．2013尾迹诱导下低压涡轮非定常转捩的数值模拟向欢杨荣菲葛宁(南京航空航天大学能源与动力学院，南京，210016)摘要：为研究尾迹诱导下低压涡轮边界层的非定常发展，采用基于三阶MUSCL-Roe格式、引入转捩准则后的Spalart&Allmaras湍流模型、隐式牛顿迭代时间推进的非定常雷诺平均计算方法，对上游圆柱周期性尾迹作用下T106A低压

2、涡轮边界层非定常转捩的流动进行了数值模拟。定常来流下，计算准确捕捉了分离诱导转捩以及雷诺数和负荷的影响，尾迹作用下的非定常计算则准确模拟了尾迹在叶栅通道内的输运过程、尾迹的负射流特性、尾迹对吸力面层流分离的抑制作用，并讨论了雷诺数、负荷和尾迹通过频率的影响。关键词：上游周期性尾迹；边界层非定常转捩；抑制分离；沉寂效应中图分类号：V231．3文献标志码：A文章编号：1005-2615(2013)05—0633—08NumericalSimulationofWake-InducedUnsteadyTransitioninLo

3、w-PressureTurbineXiangHuan，YangRongfei，GeNing(CollegeofEnergyandPowerEngineering，NanjingUniversityofAeronautics&Astronauitcs，Nanjing，210016，China)Abstract：Inordertostudythewake—inducedboundary—layertransitioninlOW—pressureturbine，theun—steadyReynolds—averagedNavi

4、er—Stokes(RANS)methodisadoptedtosimulatetheunsteadyboundary—layertransitionflow0ftheT106AlOW—pressureturbineblade，whichissubjectedtotheperiodicalwake0fanupstreammovingbar．TheRANScodeincludesthethird—orderMUSCL—Roescheme，theSpalartandAllmarasturbulencemodelcombine

5、dwithatransitioncorrelation，andtheNewtoniterativemethodforimplicittimeadvancement．Inthesteadycase，thelaminarseparationinducedtransition，andinflu—encesofReynoldsnumberandbladeloadingarecorrectlypredicted．Whileinthedisturbedcase，theconvectionofwakethroughcascadeand

6、wake’Snegativejeteffectareperfectlycaptured．Thelaminarseparationbubbleisinhibitedbytheupstreamwake．TheinfluencesofReynoldsnumber，bladeloadingandwakepassingfrequencyontheinteractionofwakeandboundarylayerarediscussed．Keywords：upstreamperiodicalwake；boundary—layerun

7、steadytransition；separationinhibition；cal—mingeffect低压涡轮对航空发动机性能具有举足轻重的影响，其效率提高一个百分点将使发动机耗油率减少0．5％[1]，目前先进的低压涡轮效率可达到90％～93％。低压涡轮内部真实流动是三维非定常的，而传统的设计体系大多基于定常流动假设，因此在设计时考虑到非定常流动，把握住流动本质，就能够提高低压涡轮的级负荷、减少叶片数、减少涡轮部件重量和成本，同时保证效率不会降低。然而低压涡轮往往工作在低雷诺数环境中，吸力面边界层极易发生分离，由此带来

8、较大损失，导致涡轮效率急剧下降、耗油率急剧增大。但是，此时边界层分离容易受到上游叶排尾迹的影响。研究发现，合理利用上游叶排尾迹与下游叶排边界层间的相互作用，能够有效地抑制下游叶片吸力面边界层的分收稿日期：2013—03—11；修订日期：2013—07—20通信作者：葛宁，男，教授，博士生导师，E-mail：genin