轴流压气机转子尖部三维复杂流动Ⅱ——数值模拟研究.pdf

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1、第31卷第1期航空学报V01．31No．12010年1月ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAJan．2010文章编号：1000一6893(2010)01一0058—12轴流压气机转子尖部三维复杂流动Ⅱ数值模拟研究于贤君，刘宝杰，蒋浩康(北京航空航天大学航空发动机热动力国防重点实验室，北京100191)Three-dimensionalFlowsnearRotorTipinanAxialCompressor1I·-—-——NumericalSimulationStudyYuXi

2、anjUlI，LiuBaojie，JiangHaokang(NationalKeyLaboratoryofAero-engines，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)摘要：在实验研究和理论分析的基础上，对亚声速压气机转子尖部复杂流动做了数值模拟研究，旨在进一步深入研究叶尖间隙和进口总压分布对转子叶尖复杂流动的影响。首先通过对与实验条件相同的转子尖部复杂流动的数值模拟研究，校验了数值模拟结果，并分析了转子尖部复杂流

3、动速度场、压力场和涡量场分布特性。然后通过改变叶尖间隙尺度和进口总压分布，研究了二者对近叶尖复杂流动的影响。研究结果表明：当叶尖问隙小于1％叶片弦长时角区旋涡的发展是导致转子失速的关键；而当叶尖间隙大于2％叶片弦长时叶尖泄漏涡的发展是导致转子失速的关键；改变进口总压分布可以合理地组织转子尖部流动并扩大转子工作裕度。此外，通过观测近叶片吸力面二维涡线的发展趋势可以判断叶尖复杂流动的发展状态。关键词：叶尖泄漏涡；角区旋涡；二次流；数值模拟；压气机中图分类号：V231．3文献标识码：AAbstract：Basedo

4、nexperimentalandtheoreticalstudiesofthethree-dimensionalrotortipflowsinalow-speedaxialcompressor，numericalsimulationstudiesareconductedtOclarifytheeffectsofthechangingtipclearancesizesandtotalinletpressuredistributionsontherotortipflows．First，numericalsimul

5、ationisconductedwiththesamegeometryandboundaryconditionsasthoseintheexperimentalinvestigation，andthesimulatedre-suitsarevalidatedbytheexperimentalresults．Furtherstudiesoftheneartipflowsareconductedbyanalyzingthesimulatedvelocity，vorticityandstaticpressurefi

6、elds．Then，bychangingthetipclearancesizesandtotalinletpressuredistributions，numericalsimulationisperformedagainandtheneartipflowsareanalyzedinde-tail．Theresultsshowthatwhenthetipclearanceissmallerthan1％ofthebladechord，theevolutionofthecornervortexdeterminest

7、hestabilityoftherotor；however，asthetipclearanceincreasesto2％oftheblade{chord，thetipleakagevortexbecomesthekeyflowstructure．Moreover，itisfoundthattheevolutionproee-dureofthenearsuctionsurfacetwo-dimensionalvortexlineshasacloserelationshipwiththerotortipflows

8、．Keywords：tipleakagevortex)cornervortex)secondaryflow)numericalsimulation)compressor众所周知，对压气机内部复杂流动的认识决定了压气机的设计水平[1。2]。压气机内部的流动本质上具有强三维和非定常的特性，尤其是在近端壁的区域流动尤为复杂，这里的复杂二次流动的控制是提高压气机负荷、效率和稳定性的关键[3’4]。虽然经过了