外来扰动频率对涡轮叶栅流动稳定性的影响.pdf

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1、第53卷第5期汽轮机技术Vo1．53No．52011年1O月TURBINETECHNOLOGY0ct．2011外来扰动频率对涡轮叶栅流动稳定性的影响化广宇，张宏涛，顾忠华(1哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046；2哈尔滨工业大学，哈尔滨150001)摘要：应用非线性PSE方法预测和评价某型超临界蒸汽轮机调节级导叶栅边界层流动的稳定性，研究了扰动频率对叶栅流动稳定性的影响。结果表明，当来流扰动频率变化时，扰动会对叶栅边界层稳定性产生很大的影响，此时存在一个最大扰动频率，在这一频率下流动最容易发生转捩。最大扰动频率受边界层厚度雷诺数的直接影响，其数值沿着流向逐渐减小，即叶片入171

2、流动对高频扰动敏感，叶片出口流动对低频扰动敏感。关键词：边界层；稳定性；PSE方法；叶栅分类号：V231．3文献标识码：A文章编号：1001-5884(2011)05-0369-03EffectofExternalPerturbationFrequencyonFlowStabilityoftheFlowinTurbineCascadeHUAGuang—yu，ZHANGHong-ta0，GUZhong-hua(1HarbinTurbineCompanyLimited，Harbin150046，China；2HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，C

3、hina)Abstract：ThispaperapplynonlinearPSEmethod，developsonenumericalsolveprOgram，whichcangreatlypredict、analysisandevaluatethestabilityofboundarylayer．Inthispaper，theeffectaboutperturbationfrequencyontheflowstabilityisstudiedintheguidevanecascadeofgoverningstageinonesupercriticalsteamturbine．There

4、sultsshowthatwhenperturbationfrequencyofincomingflowchanged，whichcanbringaboutlargeimpactonthestabilityofboundarylayerinthiscascade；andthereisamaximumperturbationfrequency，flowtransitionmostlikelytohappenunderthisfrequency．Inthisstudy，wefoundthattheReynoldsnumberofboundarylayerhasdirectimpactonth

5、emaximumperturbationfrequency，andthefrequencygraduallydecreasesalongtheflowdirection，SOwecandrawtheconclusionthatinletflowissensitivetohigherperturbationfrequencyandoutletflowismoresensitivetolowerperturbationfrequencyinblade．Keywords：boundarylayer；stability；PSEmethod；cascade法，通过综合考虑外来扰动和扰动的T—S波线

6、性放大0前言两个因素，来分析外来扰动频率对叶栅稳定性的影响。转捩问题一直是流体力学研究领域的热点和难点。认1叶栅的几何与气动参数识转捩过程必须弄清不稳定波形式，研究不稳定波的发生、发展及转捩过程，这是可靠预测转捩的基础。。如果将外本文采用实验与理论计算相结合的方法，求解主流边界来扰动表示为波动的形式，则决定扰动的因素将只包括扰动层近似解。实验叶型及子午型线如图1所示，叶片弦长b=的频率和幅值J。显然，扰动的幅值越大，流动越容易发生302．055mm，轴向弦长B=229．473mm，前缘圆半径R=转捩。雷诺等人早期的实验已经证明，当外界扰动足够小13．332mm，尾缘圆半径R：=1．479

7、mm，最大叶片厚度D=时，可以在一定程度上推迟或避免转捩的发生，而当外界扰44．991mm，叶片几何安装角=50．667。，叶片数N=6，进口动增加时，会导致转捩提前发生J。总压Po=103150Pa，叶栅出口叶展中间马赫数M=0．21，基扰动频率对稳定性的影响不同于扰动幅值，它不是简单于弦长的雷诺数Re=1．29×10。，节距S=104．27mm，人口段的线性作用。由于流场对不同频率的波动的敏感度不同，在叶高38．4mm，出口段叶