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弯曲叶片控制扩压叶栅二次流动的实验研究

作　者: 钟兢军
导　师: 王仲奇；苏杰先
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 热力叶轮机械
关键词: 扩压叶栅二次流弯曲叶片实验研究冲角稠度拓扑流场结构
分类号: V231.3
类　型: 博士论文
年　份: 1996年
下　载: 636次
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内容摘要

现代航空工业的发展，要求不断提高航空发动机的性能，其中压气机性能的改善起着十分关键的作用。因此，研究压气机叶栅内真实流动的结构和机理，探索降低做为叶栅中主要能量损失的二次流损失的方法和途径是非常必要的。本文对具有常规直叶片、正倾斜叶片、正弯曲叶片、反弯曲叶片和S型叶片的压气机平面扩压叶栅，在低速大尺寸风洞上进行了实验研究。在零冲角、正冲角和负冲角下利用静压测孔和五孔束状探针对叶栅壁面静压和叶栅出口流场进行了详细的测量，并在零冲角下进行了流场显示。实验给出了五种叶栅零冲角和变冲角下的特性。实验结果表明，常规直叶栅的通道涡较强，叶栅出口集中脱落涡和角区分离泡的存在，造成了叶栅两端区较高的二次流损失。在正倾斜叶栅中，根部区域通道涡加强，角区的分离消失，吸力面上气流分离由鞍点／螺旋点分离转变为鞍点／结点分离，根部区二次流损失降低；顶部区域由于低能流体的大量集聚，分离和回流相当严重，高损失区扩大，叶栅的总损失提高。正弯曲叶栅中，建立了沿叶栅的中部压力低而两端压力高的“C”型压力分布，两端区通道涡加强，角区分离消失，上下两个集中脱落涡向叶栅中部汇合并出现旋涡的破裂，叶栅中部二次流损失有所提高，在正冲角下叶栅总损失有所降低，而零冲角和负冲角下叶栅总损失有所提高。对反弯曲叶栅，叶栅通道涡较直叶栅有所减弱。虽然两端的角区分离有所加大，但集中脱落涡由于流线的收缩而减弱为尾缘出口脱落涡且汇聚在叶栅中部，通道涡和脱落涡破裂消失，叶栅二次流损失降低，叶栅总损失在所有冲角下与直叶栅相比均得到降低。S型叶栅表现出正弯曲叶栅和反弯曲叶栅的一些特点，损失沿展向分布较为均匀，但叶栅总损失未得到降低。此外，本文研究了采用弯曲叶片后，扩压叶栅气动特性与叶栅稠度的关系。实验结果表明，随叶栅稠度的增加，叶栅损失在大部分冲角下呈增高趋势。在正弯曲叶栅中，对应最小损失的冲角出现在正冲角下，且低损失系数区增宽；在反弯曲叶栅中，对应最小损失的冲角为负冲角。为了降低损失，正弯曲叶

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
符号说明  11-12
第一章绪论  12-44
  1.1 叶轮机械叶栅内的二次流  12-16
    1.1.1 二次流损失  13-15
    1.1.2 叶型损失  15-16
  1.2 二次流损失机理的研究现状  16-21
  1.3 降低叶栅二次流损失的方法和途径  21-29
    1.3.1 改变通流部分几何参数  22
    1.3.2 改善作功量的分布  22-23
    1.3.3 附面层控制法  23-25
    1.3.4 附面层隔离法  25-26
    1.3.5 旋涡控制附面层法  26
    1.3.6 机匣处理法  26
    1.3.7 叶片的修型与端弯技术  26-29
    1.3.8 弯曲叶片  29
  1.4 弯曲叶片的发展及其在压气机中的应用  29-42
    1.4.1 弯曲叶片的发展与控制二次流损失的机理  29-32
    1.4.2 弯曲叶片的实验结果与分析  32-37
    1.4.3 弯曲叶片在扩压叶栅中的应用  37-40
    1.4.4 弯曲叶片在国内外的实际应用  40-42
  1.5 论文工作的目的与主要内容  42-44
第二章实验装置和数据处理  44-66
  2.1 实验装置  44-58
    2.1.1 实验风洞  44-46
    2.1.2 叶栅几何尺寸和测量条件  46-49
    2.1.3 探针及校准  49-53
    2.1.4 测点布置和数据采集系统  53-55
    2.1.5 表面压力测量  55-56
    2.1.6 流动显示  56-58
  2.2 分析方法  58-64
    2.2.1 叶栅坐标系统  58
    2.2.2 二次流的定义  58-59
    2.2.3 数据处理公式  59-61
    2.2.4 平均量的定义  61
    2.2.5 涡量的计算  61-62
    2.2.6 误差分析  62-64
  2.3 本章小结  64-66
第三章涡动力学研究及应用  66-82
  3.1 涡动力学研究的重要意义  66-69
  3.2 定常三维分离的分类和特性  69-78
    3.2.1 一些基本定义  69-70
    3.2.2 临界点的类型  70-72
    3.2.3 拓扑准则  72-74
    3.2.4 三维分离及特性  74-78
  3.3 流场结构与流型  78-81
  3.4 本章小结  81-82
第四章不同冲角下叶栅的气动特性  82-144
  4.1 零冲角下叶栅的气动特性和二次流结构  82-100
    4.1.1 叶栅出口能量损失分布情况  82-85
    4.1.2 叶栅出口二次流速度矢量和涡量分布及叶片力分析  85-90
    4.1.3 流场显示和叶栅二次流结构  90-99
    4.1.4 旋涡破裂失稳的分析  99-100
  4.2 不同冲角下叶栅损失和二次流分布  100-112
    4.2.1 叶栅出口能量损失变化  100-106
    4.2.2 不同冲角下二次速度矢量和涡量分布  106-112
  4.3 扩压因子与叶片负荷  112-120
    4.3.1 节距平均扩压因子沿叶高的分布  113-117
    4.3.2 叶片负荷的变化情况  117-120
  4.4 叶栅出口总的质量平均能量损失系数与冲角的关系  120-122
  4.5 叶片表面静压系数等值线分布  122-135
    4.5.1 叶片吸力面上静压系数等值线分布  123-132
    4.5.2 叶片压力面上静压系数等值线分布  132-135
  4.6 叶栅端壁静压系数等值线分布  135-140
  4.7 节距平均出口气流角沿叶高的分布  140-142
  4.8 本章小结  142-144
第五章稠度对弯曲扩压叶栅特性的影响  144-158
  5.1 稠度对弯叶片扩压叶栅损失的影响  144-149
    5.1.1 叶栅出口能量损失系数等值线分布  144-146
    5.1.2 同一叶栅在不同稠度和冲角下损失变化  146-148
    5.1.3 不同叶栅在不同冲角下损失与稠度的关系  148-149
  5.2 稠度对叶栅出口二次流场的影响  149-151
  5.3 扩压因子与叶栅稠度的关系  151-153
  5.4 节距平均出气角与叶栅稠度的关系  153-156
  5.5 本章小结  156-158
第六章进口附面层厚度对弯曲扩压叶栅损失的影响  158-168
  6.1 叶栅能量损失随进口附面层厚度的变化  159-161
  6.2 叶栅出口二次流场和涡量场的变化  161-165
  6.3 出口气流角与进口附面层厚度的关系  165-166
  6.4 本章小结  166-168
结论  168-171
致谢  171-172
作者在攻读博士学位期间发表的学术论文和获奖情况  172-173
参考文献  173-189

弯曲叶片控制扩压叶栅二次流动的实验研究

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