叶根失速先兆触发跨声速压气机失速的机制研究

实验中发现了一种起始于叶根的新型压气机失速先兆,为了探索这种先兆的初始扰动特征及失速的动态发展机制,对该压气机开展全周非定常数值研究。数值结果表明,在压气机进入失速的过程中,静子叶根区域首先形成堵塞区,验证了失速初始扰动起源于叶根区域。该扰动由六个轴对称分布、以45%转子转速旋转的堵塞团组成。随着失速程度的加深,静子叶根堵塞团在低叶高范围内合并为整圈的分离区,造成整个叶根区域流动的堵塞。叶根的堵塞导致气流从堵塞区上方绕行,加快了叶尖区域的流动速度,激波的增强导致叶顶泄漏涡破碎程度加剧,形成转子叶尖堵塞区并发展为旋转失速团,最终导致压气机失速。

系统响应对局部喘振发展影响的实验研究

局部喘振型叶根失速先兆是在跨声速压气机中发现的一种起始于叶根的低频轴对称扰动,经研究表明其扰动频率由系统的Helmholtz频率决定,进而猜想系统响应在局部喘振发展过程中有重要作用。本文通过在压气机及出口容腔内新增动态传感器以监测扰动的发展和系统的轴向振荡,从而深入揭示系统响应与局部喘振传播的物理关联。结果表明:系统响应对叶根起始的单个扰动及旋转失速团的形成没有影响,其作用阶段主要在单个扰动发展为连续扰动的过程中。在局部喘振发展过程中,单个扰动首先激励了系统流量的轴向波动,同时容腔内压力也发生了周期性振荡。在系统响应的反馈作用下,单个扰动的幅值被放大,并能持续发展成为连续扰动。