基于射流的涡轮平面叶栅流动控制数值模拟

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1、第42卷第6期2012年11月航空汁算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．42No．6Nov．2012基于射流的涡轮平面叶栅流动控制数值模拟余索远，乔渭阳，王蒲伟(西北工业大学动力与能源学院，陕西西安710072)摘要：通过数值模拟方法研究了襟翼射流对涡轮叶栅流动的控制，给出了从某型涡轮叶片压力面尾缘附近由面积为0．785nriln2的矩形射流喷口喷射不同流量射流，对不同流动状态下涡轮叶栅流动的影响效果。结果表明，射流襟翼能够有效控制通道内的主流流量和流动方向；当射流流量达到主流流量的4％时，在三组

2、雷诺数下主流流量平均减少了12．57％，气流转折角平均增大了4．82％；随着射流流量的增大，叶片载荷系数有所降低，同时总压损失会增大。关键词：射流襟翼；主流流量；变循环；气流转折角；Zweifel裁荷系数中图分类号：V232．4文献标识码：A文章编号：1671—654X(2012)06．0025．042DCascadeSimulationonFlowControlusingJetforTurbineBladesYUSuo—yuan，QIAOWei·yang，WANGPu—wei(SchoolofPowerandEnergy，North

3、westernPolytechnicalUniversity，Xi’art710072，China)Abstract：ThispaperhasstudiedthecontrolofFlap．Jettoturbinecascadeflowbynumericalsimulation．StudingtheeffectsoftheJet—Flapwhichwereblow(’utbyarowofjetholeswhichasareaof0．785mm2andwereneartothetrailingedgeinthepressuresurfa

4、ceofgasturbineblade．Thestudyadopteddifferentshapesofjet—flapwithdifferentmassflowundervariousflowconditions．Thesimulationresultsshowthatjet—flapcaneffectivelycontrolthemainstreammassflowandtheturningangle．Whenthejetflowreachto4％ofmainstreammassflow，themainstreammassflow

5、isaveragedreducedby12．57％，andtheturningangleisaveragedincreasedby4．82％．Alongwiththeincreaseofthejetflow，theloadingcoefficientde—creaseandthetotalpressurelosscoefficientincrease．Keywords：jetflap；mainstreammassflow；variablecycle；turningangle；zweifelloadcoefficient引言涡轮变循环(

6、变几何)的主要目的是改变导叶喉部面积，控制涡轮流量，要实现它有多种方法，如：1)机械式引入障碍物到流道中；2)环形面积可调；3)导向叶片安装角的改变；4)引入第二股气流射人导叶喉部位置等。在被动控制方面，近年来，Byerley⋯等人对Gur-ney襟翼进行了研究，张军胜、陈萍萍等也对该襟翼分别利用数值模拟和实验研究的方法进行过详细的研究．结果都证明Gumey襟翼在控制流动分离、减少流动损失、控制主流流量方面具有一定的效果"。31。在主动控制方面，应用可调导叶(VAN)涡轮设计，可有效调节和优化发动机各部件之间的匹配，提高燃气涡轮发动机

7、的变工况性能。相对于Gurney襟翼和可调导叶等方案，本文采用了引入第二股气流射入导叶喉部位置的“气动控制变循环发动机涡轮”。从压力面尾缘垂直壁面喷出的射流，能够形成所谓的“气动襟翼”，使主流的流动发生偏转，并加速相邻叶片吸力面后部的流动，从而达到抑制边界层分离，提高叶型升力的效果Hj，罗华玲”’等人对射流襟翼进行的数值研究结果也验证了这一结果的正确性；由于射流能够使主流的流动发生偏转，影响进口主流的流量，进而能够起到“变面积”装置的作用。针对射流襟翼的这些优点，本文以某型高压涡轮叶片为研究对象，在其压力面尾缘附近设置一组面积为0．7

8、85mm2，相互间隔为3mm的矩形射流孔，在三组不同雷诺数和马赫数下研究射流对主流流量以及涡轮气动性能的影响，即(Re，Ma)为(52584，0．039)、(81899，0．06)、(110717，0．081)三组。收稿