缝式机匣处理对跨声速轴流压气机叶尖流场结构的非定常影响

为了揭示缝式机匣处理对压气机叶顶流场结构的影响机制,采用非定常数值模拟方法,对带有机匣处理的跨声速压气机进行了细致的研究。结果表明,机匣处理作用下叶顶流场的频率特征发生显著变化。实壁机匣条件下,间隙泄漏涡的破碎和分化脱落是叶顶流场非定常波动的主要诱因。在机匣处理作用下,间隙泄漏流获得有效激励,同时脱体激波后移,二者共同作用使泄漏涡破碎得到抑制,此时机匣处理的激励频率主导了叶顶流动的非定常特性。叶顶流场涡结构分析表明,间隙泄漏涡和角区涡的交互作用在不同流量工况呈现明显差异。在大流量工况,间隙泄漏涡和角区涡的相互作用较弱,流场中存在较为独立的双涡结构,而在小流量工况,间隙泄漏涡和角区涡相互作用变强,流场中出现强烈的交互涡结构变化。

跨声速压气机叶片掠和机匣处理组合效应的机理研究

针对典型跨声速压气机转子,采用非定常数值模拟方法研究了叶片掠设计和机匣处理的组合作用对压气机转子性能的综合影响。分别探讨了转子前掠、后掠和掠叶片与机匣处理组合等形式对转子峰值效率和稳定工作裕度的影响效果和内在机制。研究发现,前掠转子与机匣处理组合能够以较小的效率损失(-0.56%)为代价获得最佳的扩稳效果;在前掠转子与机匣处理组合作用下,对间隙泄漏流的动量激励和叶顶低能堵塞流体的有效消除是组合机匣处理扩稳的本质原因。结果表明,采取前掠转子和机匣处理的组合形式,可以弥补前掠转子设计损失转子最大负荷的不足,同时以较少的效率损失代价充分发挥了机匣处理的扩稳潜力。

自循环机匣处理周向覆盖比例和喷嘴轴向位置对轴流压气机扩稳效果的影响

为了揭示自循环机匣处理周向覆盖比例和喷嘴轴向位置对扩稳效果的影响规律,在固定引气位置于叶顶阻塞区域的前提下,设计了6个不同周向覆盖比例和4个不同喷嘴轴向位置的自循环机匣处理结构,并以一个高亚声速轴流压气机转子为研究对象进行了数值模拟。结果表明:随着周向覆盖比例增大,压气机的综合稳定裕度先增大后减小,峰值效率则单调降低,综合稳定裕度改进量最大的周向覆盖比例为90%,兼顾扩稳效果和效率损失的最佳周向覆盖比例为30%。随着喷嘴位置由叶顶前缘沿轴向逐渐前移,压气机的扩稳效果变化不大,但效率有所提升,而且喷嘴位置越往前移,效率提升越多。

轴向偏转型自循环机匣处理对高速压气机扩稳效果的影响机理

为了削弱叶顶泄漏流的不利影响,扩大轴流压气机的稳定工作范围,提出了一种改进的轴向偏转型自循环机匣处理结构,偏转角度为叶片顶部弦长与压气机轴向的夹角。以高速轴流压气机的孤立转子为研究对象,设计了正偏和反偏2种轴向偏转型自循环机匣处理方案,进行了单通道非定常数值模拟。结果表明:相对于实壁机匣,压气机在正偏、反偏自循环机匣处理时的综合稳定裕度分别增加了11.52%,10.15%,峰值效率仅分别下降了0.32%,0.59%。轴向正偏型自循环机匣处理比轴向反偏型自循环机匣处理的扩稳效果更好,而且效率下降更少。