学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于VGJs技术的涡轮流动分离主动控制研究

作　者: 张漫
导　师: 蔡元虎；乔渭阳
学　校: 西北工业大学
专　业: 航空宇航推进理论与工程
关键词: 低雷诺数 VGJs分离控制数值模拟组合排列射流结构逆主流射流
分类号: V233.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 230次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

低雷诺数条件下涡轮性能降低的主要原因在于涡轮叶片表面发生的边界层流动分离。本文采用数值求解三维粘性N-S方程的方法，系统研究了小孔稳态射流式旋涡发生器(Vortex Genetor Jets，VGJs)对低雷诺数涡轮分离流动的控制。通过大量的数值计算，论文系统分析了射流气动参数(射流流量)、射流孔几何参数(射流孔径大小，射流孔间距大小)、主流流动状况(主流进口湍流度)对分离控制的影响效果，并揭示了VGJs控制边界层分离的物理机制。研究结果表明，VGJs射流与主流的剪切与摩擦，在流场中形成强化了一边涡系的马蹄涡结构，将主流高动量流体裹挟进边界层中，促进了边界层区与主流区的动量交换，有效抑制边界层流动分离。在以上研究的基础上，本文进行了两项创新性研究。一是提出并研究了将不同孔径、不同孔距射流孔混合排列的结构；二是提出并研究了逆主流VGJs对流动分离的控制。对于组合排列射流孔结构研究，作者选择了四种射流孔排列方式，即不同孔径射流孔径向等距交错排列结构，不同孔径射流孔径向不等距交错排结构，不同孔径射流孔弦向交错排列结构，以及不同孔径射流孔弦向交错、径向不等距排列结构。研究结果表明，VGJs射流孔组合排列结构，以大孔射流为主，采用小孔小流量射流对大孔射流控制的分离流场进行“弥补”与调节，充分降低了射流掺混损失。弦向交错、径向不等距排列结构，较之单一孔径射流孔排列结构，当总压损失系数降低了22％的同时，减小射流流量25％。逆主流射流VGJs，指的是射流偏转角与主流夹角大于90度的状态。本文对于逆主流VGJs研究所得到的结论是，高湍流度135度偏转角小扰动射流所引发的层流边界层迅速转捩可实现最佳分离控制，较之90度偏转角射流状态，在保持控制效果一致的前提下，减小67％射流流量。特别是，本文研究发现，逆向射流与90度偏转角VGJs控制流动分离的物理机制有明显差别，逆向射流与主流湍流度及层流——湍流转捩有显著的影响，逆主流小流量射流更像是“射流式湍流发生器”进行转捩控制。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-8
第一章引论  8-16
  1.1 工作背景  8-10
    1.1.1 低雷诺数涡轮流动分离控制是航空发动机重要技术问题  8-9
    1.1.2 流动控制技术  9-10
  1.2 航空燃气涡轮中流动控制技术的应用与发展  10-13
    1.2.1 VGJs技术是低雷诺数涡轮流动分离控制重要技术途径  10-11
    1.2.2 低雷诺数涡轮VGJs分离控制研究的历史与现状  11-13
  1.3 论文的研究目的与研究内容  13-14
  1.4 论文的主要贡献与创新点  14-15
  1.5 论文的组织结构  15-16
第二章含VGJs的低雷诺数涡轮流场数值模拟方法  16-28
  2.1 航空叶轮机械的数值计算研究方法发展与现状  16-18
  2.2 低雷诺数涡轮三维粘性流场数值模拟方法  18-21
    2.2.1 控制方程与湍流模型  18-19
    2.2.2 计算格式与计算网格  19-20
    2.2.3 计算域与边界条件  20-21
  2.3 射流主流耦合计算方法  21-23
  2.4 研究对象描述  23-24
  2.5 数值计算方法的实验考核  24-27
  2.6 本章小结  27-28
第三章 VGJs分离控制数值模拟研究  28-61
  3.1 VGJs方案选择  28-29
    3.1.1 VGJs位置选择  28
    3.1.2 VGJs射流角度选择  28-29
    3.1.3 VGJs孔径、孔间距选择  29
  3.2 VGJs控制状态下涡轮叶栅流场以及性能变化数值分析  29-40
    3.2.1 总性能分析  29-30
    3.2.2 流动细节研究  30-38
    3.2.3 射流流场损失研究  38-40
  3.3 VGJs几何参数研究  40-59
    3.3.1 射流孔径变化对VGJs控制效果影响数值分析  40-58
    3.3.2 射流孔距变化参数研究  58-59
  3.4 本章小结  59-61
第四章组合射流孔结构研究  61-79
  4.1 组合射流孔方案设计  61-63
  4.2 不同孔径射流孔径向等距交错排列结构  63-66
  4.3 不同孔径射流孔径向不等距交错排结构  66-70
  4.4 不同孔径射流孔弦向交错排列结构  70-73
  4.5 不同孔径射流孔弦向交错、径向不等距排列结构  73-78
  4.6 本章小结  78-79
第五章逆主流VGJs涡轮流动分离控制研究  79-96
  5.1 逆主流VGJs控制效果数值模拟及分析  79-81
  5.2 逆主流VGJs作用下涡轮叶栅流动细节分析  81-88
  5.3 逆主流VGJs控制流动分离机理分析  88-94
  5.4 本章小结  94-96
第六章结论  96-97
参考文献  97-100
硕士期间发表的文章及获得的奖励  100-101
致谢  101-102

基于VGJs技术的涡轮流动分离主动控制研究

内容摘要

全文目录

相似论文