跨声串列转子及前后排叶片匹配特性分析

在叶尖折合切线速度为381m/s的条件下,利用跨声串列转子技术实现了总压比为2.25、负荷系数高达0.55的风扇转子设计。基于数值模拟结果,分析了串列转子前后排叶片独特的匹配特性,及其与常规压气机匹配特性不同的原因;并进一步推导验证了前后排叶片气动参数之间的解析关系,为利用常规压气机设计体系进行跨声串列转子设计提供数学物理模型。研究结果表明:在跨声串列转子工况从堵点向近失速点移动的过程中,前排叶片的工作特性与常规转子一样,而后排叶片的总温升、总压比则不断下降,该变化规律存在解析关系,并可以利用数学物理模型进行准确预测后排叶片的整体性能。

前、后排叶片相对位置对串列转子性能的影响

在折合叶尖切线速度381m/s条件下,利用跨声串列转子技术实现了总压比2.25,负荷系数高达0.55的风扇转子设计。基于数值模拟结果,分析了串列转子前、后排叶片周向和轴向几何相对位置的变化对各自其整体性能的影响及原因。研究结果表明:前、后排几何相对位置的变化改变了后排叶片堵塞系数及其进、出的轴向速度和气流角,因而改变了速度三角形,导致了串列转子整体及各排叶片速度三角形及特性的变化;对于前、后排叶片最佳几何相对位置的选择,当后排叶片在前排叶片弦向上有0.1～0.15倍弦长的重叠时、后排叶片在周向上较为靠近前排叶片压力面时,串列转子能够获得较高的气动性能。

串列静子叶片流动机理研究

提高级负荷水平一直是压气机气动设计领域不断追求的目标。串列叶片可以突破常规布局气动负荷的限制,且具有良好的工程应用前景。为了探索串列叶片三维流动机理及前后排相互影响机制,利用数值模拟方法对来流马赫数为0.8的串列静子叶片近端壁流动特性展开研究,分析了前后排相互影响机制,主要是针对前/后排叶片单排工作与串列条件下进行对比。通过研究表明,以后排叶片势作用、缝隙射流、尾迹扩散为代表的典型流动现象显著地影响了前后排叶片的扩压过程,进而影响了气动负荷沿流向的分配及端壁损失,串列静子近端壁的气动设计需要考虑前后排相互干涉的影响。