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吸附式叶栅取代串列叶栅的数值分析

作　者: 罗建枫
导　师: 朱俊强
学　校: 中国科学院研究生院（工程热物理研究所）
专　业: 动力机械及工程
关键词: 串列叶栅附面层抽吸技术数值模拟总压损失系数压力系数
分类号: V235.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

推重比是航空涡轮发动机设计过程中最为看重的技术指标之一,实现高推重比的关键技术之一就是高负荷压气机叶片的设计,即在保证效率和失速裕度的前提下,尽可能提高单级压比以减少压气机的级数。实现这个目标的常用技术之一,就是叶片吸力面附面层分离流动控制技术。其中串列叶栅作为一种被动控制技术,已广泛应用于国外多种航空发动机的轴流式压气机末级静子,例如阿都斯特、透默Ⅲc,J85、威派尔522、J69、AЛ—31Ф等发动机。但串列叶栅具有一些难以克服的缺点,比如结构比较复杂,叶片加工量大,并且仅适用大轮毂比、小流量的情况;串列叶栅双排叶片结构使得单级的轴向长度增加,因此并不能有效地减小压气机的轴向长度和质量。相比之下,附面层吸附技术,则可以在延缓分离、增加级压比、有效地提高压气机性能的同时,减小压气机的轴向长度和质量。为此,本文对在高负荷压气机扩压叶栅中采用附面层抽吸技术,对串列叶栅改单排叶栅进行了探索,围绕两种附面层分离控制的流动控制技术——串列叶栅和附面层抽吸技术,以高负荷串列叶栅及其改型的单列吸附式叶栅为研究对象,采用NUMECA公司的Fine/Turbo软件包进行数值模拟,研究了采用两种流动控制技术前后叶栅的扩散因子、气动特性和流场特征,并深入分析了不同吸气量、吸气位置、吸气槽宽度等参数对吸附式叶栅气动性能的影响,结果表明在相同来流马赫数和出口条件下,以及具有相同的扩散因子时,单列吸附式叶栅的总压损失系数小于串列叶栅,而出口静压则高于串列叶栅。这说明在高负荷压气机设计中,用吸附式叶栅代替串列叶栅是可行的。论文工作主要有三部分,首先对已知叶型参数的高负荷串列叶栅进行叶片造型,并用CFD软件进行数值模拟,研究其流场和气动性能;其次分别使用正反问题两种叶型设计方法对串列叶栅进行改型,生成两个不同弦长的单排叶栅,并在叶片吸力面开槽,用数值模拟方法研究了吸气前后的叶栅流场和气动性能,证明采用附面层抽吸技术之后,单排吸附式叶栅的气动性能要优于串列叶栅;最后对设计的单列吸附式叶栅进行大量的数值实验,较详细地研究了吸气位置、吸气量、吸气槽宽度等参数对叶栅气动性能的影响,并验证了吸附式叶栅在非设计工况下的气动性能,为高负荷叶型设计提出了创新性思路,并基本完成了数值分析验证。

吸附式叶栅取代串列叶栅的数值分析

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