低速轴流压气机周向单槽机匣处理扩稳实验研究.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMay252015V01．36No．51422—1431ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．edu．cnDoI：10，7527／S1000—6893．2014．013I低速轴流压气机周向单槽机匣处理扩稳实验研究李继超1，刘乐1一，杜娟1’*，王偬臣1，林峰11．中国科学院工程热物理研究所先进能源动力重点实验室，北京1001902．中国科学院大学，北京10019

2、0摘要：周向槽机匣处理作为一种有效的扩稳措施得到了广泛应用，但是缺乏对其机理的深入理解和认识。为此，在一台低速单转子轴流压气机上考察了周向单槽机匣处理随轴向位置变化的扩稳效果。实验中获得了单槽不同轴向位置的扩稳规律，在该台压气机上得出了扩稳效果最好的槽位于40％～60oA轴向弦长，而当单槽位于27％轴向弦长附近时，其扩稳效果最差。在此基础上，选取了最优扩稳槽位和最差扩稳槽位进行详细的壁面非定常流场测量和尾迹测量，对比分析了光壁条件与各单槽处理机匣对叶顶间隙泄漏流和转子尾迹的影响。结果表明，采用扩稳效果最优槽位之

3、后，周向单槽能推迟叶顶间隙泄漏流与主流交界面前移，以及减弱叶顶间隙泄漏流非定常性，且能明显增强尾迹区1BPF(叶片通过频率)的能量，同时减弱0．5BPF的能量，达到扩稳的目的。而对于扩稳效果最差槽位而言，叶顶间隙泄漏流与主流交界面直到失速前也无法跨过单槽从叶片前缘溢出，周向单槽改变了叶顶间隙内部诱发突尖失速先兆的扰动传播方式；另外，其对转子尾迹区0．5BPF和1BPF的影响也比较小，从而使得其扩稳效果减弱。关键词：压气机；周向单槽；机匣处理；尾迹；失速裕度改善中图分类号：V231．3文献标识码：A文章编号：10

4、00—6893(2015)05—1422—10轴流压气机作为广泛应用的流体机械，除了要求高负荷和高效率外，也要有足够的失速裕度，而机匣处理则是一种简单可靠的提高轴流压气机失速裕度的手段。Hathaway[1]对各种不同的机匣处理方式进行了详细讨论，这些方式主要可以分为周向槽类和缝类处理。其中周向槽由于其结构简单、易于加工并具有较好的扩稳效果而得到了广泛关注，且主要集中于对周向多槽的几何尺寸设计与布置，但对于周向槽的扩稳机理依然没有清晰的认识。对于旋转失速的成因，获得较多认同的是叶顶泄漏流／主流交界面前移并从叶片

5、前缘溢出而引发突尖型失速的观点口]。当进行周向槽处理后，大量研究认为周向槽的存在会使气流在叶片两侧压差驱动下由压力面一侧流入周向槽而从吸力面一侧流出并重新“喷射”到叶顶区域中，这种在吸力面一侧产生的“喷射”作用能够推迟失速的发生。如文献E3]认为槽内流动改变了泄漏流轨迹，使其更贴近于吸力面，从而起到延缓泄漏流／主流交界面从前缘溢出，提高失速裕度的作用。Mtiller等的研究H]对此有类似看法，并指出周向槽还具有减弱叶顶区域堵塞的作用。这些研究多数将周向多槽作为研究对象并认为靠近前缘的周向槽对泄漏流影响更为明显，

6、因而扩稳效果更好。而剑桥大学Day团队L5。63通过针对周向单槽的实验发现除了在前缘附近存在扩稳效果的峰值外，当单槽靠近叶片中部弦长时还收稿日期：2014．04—22；退修日期：2014．05．12；录用日期：2014—06·25；网络出版时间：2014—07-0411：58网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／107527／$1000—6893．2014．0131html基金项目：国家自然科学基金(51306178，51106153)*通讯作者．Tel：010—82543094E-m

7、ail：dujuan@letcn聊甩摇武lLiJC．LluL．ouJ．etaLExperimentalinvestigationofstabilityenhancementwithsinglecircumferentialgroovecasingtreatmentOftalowspeedaxialcompressor[JJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2015．36(5)：1422—1431．李继起，裁乐·拄娟，等?低速轴流压气机周向单槽扩稳实验研究[JI航空学报．2

8、015t36(5)：1422-1431．李继超等：低速轴流压气机周向单槽机匣处理扩稳实验研究存在第二个峰值，甚至效果优于第一个峰值。笔者所在研究团队通过周向单槽的相关实验也发现在距前缘40％～60％轴向弦长范围内周向单槽也存在扩稳效果较好的第二个峰值[7-8]。这些单槽实验所得到的扩稳较优位置与之前多槽研究的结果并不完全一致，这说明已有的研究并不能完全解释周向槽在不同轴向位置时的作用机