进口雷诺数和湍流度对压气机叶栅流动特性影响

针对高空条件下,无人机发动机的压气机气动性能明显下降的问题,本文以某高亚声速压气机叶型V103为研究对象,采用数值模拟方法研究了3种雷诺数(Re=1.5×10^(5),4.5×10^(5),1.2×106)条件下,不同来流湍流度(Tu=1%,3%,5%,6%,7.5%,10%)对压气机叶栅内部流动特性的影响,分析了流动分离和转捩之间的变化关系,以及由此引起的叶型损失变化规律。研究结果表明:当湍流度不变时,随着雷诺数减小,分离泡长度增加,但分离点位置不变;当雷诺数不变,湍流度减小,层流分离点位置会提前,并且前移现象在低雷诺数下更明显;当湍流度增加,叶片表面分离泡消失,但损失仍然呈现出随着湍流度增加而增大的趋势;在不同雷诺数条件下,都存在一个对应于最小叶型损失的来流湍流度,且该湍流度随着雷诺数的减小而略有增大。本文为修正低雷诺数条件下压气机叶型损失模型和发展预测压气机高空低雷诺数效应的数值模型提供理论指导。

低雷诺数下轴流压气机转子3维流动特性数值模拟

为了探究轴流压气机转子在低雷诺数下的性能及3维流动特性,对跨声速转子压气机Rotor37在地面和高空下的气动性能和内部流场进行了数值模拟。结果表明:在20 km高空下,压气机在近失速点的总压比和绝热效率分别降低了8.0%和5.3%,喘振裕度降低了3.1%;在低雷诺数下,转子吸力面上的流动分离位置会提前掺混且更剧烈,导致分离附面层增加,同时由于吸力面附面层较厚,激波与边界层的作用加强,减小叶表附面层内低能流体向上运动的压力分量,低能流体在离心力的作用下更容易向叶顶附近迁移,这可能是触发转子工作失稳的重要因素;在低雷诺数下,叶片根部吸力面在84%轴向弦长处发生完全分离并形成角涡,在其向叶顶移动的过程中形成脱落涡,角涡和脱落涡面积明显增加,这是引起转子低雷诺数工作效率降低的重要原因之一。