涡轮叶尖间隙泄漏涡不稳定性分析

结合Rains间隙泄漏涡模型和长波不稳定性理论,应用高雷诺数k-ε湍流模型加壁面函数,基于压力修正的三维计算流体力学程序,对某一轴流涡轮平面叶栅叶尖间隙流场进行仿真,通过将叶尖间隙泄漏涡与其在机匣表面镜像形成的虚拟泄漏涡组合成一对泄漏涡,对涡轮叶尖间隙泄漏涡的不稳定性进行了分析,并计算了五个不同叶尖间隙高度下泄漏涡的最不稳定的波长及对应的频率。结果表明,利用长波不稳定性理论可以预测叶尖泄漏涡的不稳定性和最不稳定的波长及对应的频率,从而为采用合成射流控制方法去控制涡轮叶尖泄漏涡提供理论基础。

跨声速压气机转子叶尖间隙流动失稳试验研究

以跨声速单级轴流压气机为试验对象,通过在机匣表面安装高频响应动态压力传感器测量转子叶尖间隙流场,观察了不同转速下转子叶尖间隙泄漏流动结构随工作状态变化的响应特征。试验结果表明:100%转速时,叶尖间隙泄漏涡通过脱体激波后会突然膨胀而出现涡破裂现象,在转子通道内形成大面积的高静压低速堵塞区,对转子叶尖区域通道造成严重堵塞,迫使叶尖间隙泄漏流在相邻转子叶片叶尖前缘发生溢流,最终触发压气机内部流动失稳。80%转速时,叶尖间隙泄漏涡对叶片通道主流区堵塞影响较小,通道激波对进口来流产生阻滞作用,气流在进入转子叶片通道进口前严重分离,使得整个转子叶片通道完全被堵塞,最终触发压气机内部流动失稳。

等离子体合成射流主动控制平面叶栅叶片流致振动

压气机转子叶片的叶尖间隙泄漏涡是造成其振动故障的重要诱因。为抑制叶尖间隙泄漏涡诱发的叶片振动强度,通过平面叶栅风洞试验,捕捉叶片振动现象,分析振动模态特征,测量叶尖间隙涡的流动结构。进而,利用等离子体合成射流主动控制叶尖间隙泄漏涡,抑制叶片流致振动强度,并探究了不同射流布局和激励频率的控制效果,厘清了控制机理。研究结果表明:在来流速度为30m/s,叶片安装角为15°时,叶片发生了共振。叶尖间隙泄漏涡沿流向0.25及0.50倍弦长横截面为等离子体合成射流主动控制关键位置。在0.50倍弦长截面,相较于朝叶尖端面和叶背喷射,朝叶盆方向喷射的等离子体合成射流控制振动的效果最佳。在激励频率为220Hz时,减小叶片振动应力达31.6%。其控制机理是等离子体合成射流干预了叶尖间隙泄漏流的启动,减小了叶片压力面和吸力面的压力梯度,抑制了叶尖泄漏涡的形成和发展,从而降低了泄漏涡的强度,减小了诱发叶片振动的激振力。

跨声速轴流压气机径向涡现象与失稳机理

对NASA Rotor 37进行数值模拟并与实验结果对比,计算了堵塞点到失稳点的全部工况,详细探究了跨声速轴流压气机附面层分离规律与失稳机理.研究发现:激波后的吸力面附面层中存在一条径向涡,它增强了附面层分离,使部分靠近吸力面的主流向叶尖堆积.随着工况向失稳点推进,压气机转子叶尖出现两块堵塞区,由叶尖泄漏涡与激波作用引起的堵塞区位于压力面前端,由叶尖泄漏涡与径向附面层分离涡耦合作用引起的堵塞区位于吸力面50%弦长后,两块堵塞区的叠加作用最终引起压气机失稳.