压气机叶顶区域周向模态特性的实验

针对压气机叶顶区域流动周向模态测试对传感器数量的要求及传感器数量受限时所产生的模态混叠现象,提出一种基于两套测点数组合来校准预测高阶周向模态的方法。结果表明:应用该方法,在实验测试中将可识别的模态阶数提升至原来的5倍。研究了轴流压气机叶顶区域压力脉动,捕捉到包括叶片通过频率(BPF)和旋转不稳定性频率(RIF)带凸起的叶顶区域流动模态特性。随着流量减少,频谱上对应的宽频带凸起结构向低频移动,主要周向模态阶数降低,但旋转角速度有所上升。压气机叶顶区域流动的时变特性分析表明,旋转不稳定性在时域上幅值波动较大,不稳定性明显。

基于动力学模态分解法的轴流压气机叶顶非定常流动分析

对跨声速轴流压气机转子进行非定常数值模拟,采用动力学模态分解法对叶顶区域的非定常流动进行模态分析,进一步认识叶顶区域流场的非定常流动机理。研究发现:动力学模态分解法捕捉到叶顶区域非定常流场的特征频率6.83kHz,对应模态是形成叶顶区域流场非定常波动的主要模态。各阶模态中低阶模态结构主要集中在叶片前缘,表征大尺度的压力波动;高阶模态结构为集中在叶片压力面的正负交替结构,表征小尺度高频的压力脉动,是对流场信息的细化补充。采用前5阶动力学模态重构的流场能够包含叶顶区域非定常流场的主要流动信息与结构,可以实现对流场的降维处理。通过第1阶动力学模态重构的流场发现在近失速工况下叶顶区域的非稳定流动激发了压气机进口处周向传播的谐波扰动,谐波扰动与叶片振动的相互作用和反馈,强化了叶顶区域的非稳定流动,是产生流动不稳定性的原因之一。