计及叶片前缘周向不均匀源项的弯掠叶片流动机理

目前弯掠叶片被广泛应用于现代叶轮机设计,以协调高负荷、高通流、高效率和喘振裕度之间的矛盾,但同时也会引发应力、振动和稳定性等问题。因此,为更好地发挥弯掠叶片的气动优势,同时减少其空间结构复杂性,需要对弯掠空气动力学有更深的机理认识。利用周向平均降维方法,推导获得了可定量描述的周向不均匀源项,揭示出周向不均匀性会诱发叶轮机进气流场产生不同于直叶片的再平衡,进而影响弯掠叶片各基元的设计迎角,并使叶轮机内部流场和性能特性产生变化。采用数值仿真和Stereoscopic Particle Image Velocimetry(SPIV)实验的方法对弯掠叶片的这一机理进行了验证。结果表明弯掠叶片中,周向不均匀源项会打破原有的进气流场的径向平衡,导致进气流场的径向迁移,使进气流场关键参数产生展向差异,改变迎角的展向分布,进而影响整个流场性能。同时,对影响进气流场的周向不均匀源项构建解析模型及机器学习代理模型,解除叶轮机进气均匀流场的传统假设,以利于三维弯掠叶片的气动设计与分析。

基于通流方法的某涡喷发动机整机数值仿真

采用轴对称方法对带有黏性力的三维Euler方程组进行降维,利用时间推进方法求解,得到适用于航空发动机整机计算的准三维数值仿真软件,并对某涡喷发动机整机进行设计点和非设计点数值模拟。首先,对地面静止状态节流特性进行研究,将计算结果与试验数据对比可知:推力的最大相对误差为-5.1%,单位燃油消耗率的最大相对误差为+4.8%,相对转速为95%时,单位燃油消耗率最低;其次,获取了飞行马赫数为0.7工况下的高度特性以及飞行高度为3km工况下的速度特性,将计算结果与设计参数对比可知:对于高度特性,推力的最大相对误差为-4.61%,单位燃油消耗率的最大相对误差为+5%,对于速度特性,推力的最大相对误差为-5.83%,单位燃油消耗率的最大相对误差为+5.92%;再次,分别对压气机/涡轮进行部件模拟,预测了发动机的共同工作线;最后,对发动机设计工况下的流场以及气动参数的展向分布进行了分析。

尾缘S3面积比梯度对涡轮后机匣的影响

针对整流叶栅与支板融合设计中难以采用三维叶片造型对二次流进行控制的情况,开展对涡轮后机匣内部整流叶栅尾缘S3面积比梯度的研究。以某1.5级涡轮为例,通过数值模拟的方法,对比三种设计的内部流场和气动性能,验证了降低尾缘S3面积比梯度控制角区二次流的方法。结果显示:尾缘S3面积比梯度从0.01降低到-0.05时,整流叶栅总压恢复系数从0.979升高到0.991,5%展高处S参数从0.011降低到0.005,吸力面和轮毂端壁处的回流区消失,角区分离得到有效控制;尾缘S3面积比梯度从-0.05降低到-0.10时,吸力面角区流动速度增加,5%展高处S参数不再变化、堵塞程度降低、轴向密流比(AVDR)升高、总压恢复系数升高。