对圆柱和二维扩压叶栅在平面叶栅风洞中旋涡脱落的试验研究

随着叶轮机设计技术的发展,对流动非定常的了解显得越来越急迫。而在叶轮机的流动中,尾流是导致流动非定常的一个重要因素,因此对尾流流动特性的研究就显得很有必要。 本文在不同的平面叶栅风洞中对圆柱及二维扩压叶栅进行了吹风实验,利用传声器、热线热膜以及动态压力传感器等动态测试仪器,对圆柱和二维扩压叶栅后旋涡脱落情况进行了试验研究。实验结果显示,在平面叶栅风洞内的圆柱体尾流中有类似在外流中的卡门涡街脱落现象,但所对应的斯特劳哈数比外流稍小。更重要的是,还首次得到了二维扩压叶栅后明显的旋涡脱落特征频率,证实了在二维扩压叶栅非定常流动中也伴随着有规律的旋涡脱落。这些结果将为利用外流的成果和更全面地考虑叶轮机的气动设计提供很重要的参考作用。

不同条件下平面叶栅风洞流场品质的实验研究

为了全面认识亚声速平面叶栅风洞的流场品质及其影响因素,以典型高亚声速平面叶栅风洞为研究对象,试验测量并分析了空风洞的来流品质以及安装叶栅试验件后来流马赫数、来流攻角、以及叶片数对叶栅进口准确性、均匀性以及出口周期性的影响。研究结果表明:空风洞内主流区域宽广且基本均匀,来流马赫数偏差不超过±0.005,来流气流角偏差不超过±1°;加装叶栅试验件后叶栅风洞周向流场分布表现出不对称,靠近可移动上侧壁的三个通道的来流均匀性和准确性普遍较差,叶栅中间和偏向可移动下侧壁的通道进口均匀性和准确性较好;来流攻角对叶栅进口流场品质的影响比马赫数更明显,在负攻角和较小的正攻角下,叶栅进口流场品质较好;在较大的正攻角下,叶栅进口均匀性和准确性明显下降;叶栅进口均匀性直接影响了通道内以及叶栅出口的周期性。

实验所得栅前平均Ma准确性的数值模拟研究

为了探究实验所得栅前平均Ma的准确性,即与中间截面真实的栅前平均Ma的差异,以某平面叶栅风洞实验段为模型,使用数值模拟技术对叶栅实验器进行全场模拟,得到实验所得栅前平均Ma是不准确的;表现在:使用实验方法得到的栅前平均Ma变化的没有中间截面处直接得到的栅前平均Ma剧烈,而且使用实验方法得的栅前平均Ma低于中间截面处的栅前平均Ma。

高负荷扩压平面叶栅进口均匀性分析及改进

通过对典型平面叶栅风洞试验段的数值模拟研究了不同来流攻角和不同来流马赫数下某高负荷扩压叶栅进口周向流场的均匀性,分析了影响叶栅进口流场均匀性的主要原因,研究了改变叶栅上壁面形状对于叶栅进口均匀性的改善效果。数值结果表明:向上游倾斜的扩压平面叶栅固有结构决定了栅前周向流场的不均匀分布:随着来流攻角增大,叶栅上侧壁的通道堵塞程度增大,导致栅前速度场和方向场的不均匀性增大,来流攻角和设定值的最大偏差超过5°;通过减小叶栅上侧壁的弯曲程度可以有效提升栅前流场的均匀程度和范围,使来流攻角和设定值的最大偏差减小至2°。

开槽尾流板对跨声速涡轮平面叶栅流场影响的实验

采用数值计算和实验相结合的方式研究了开槽尾流板对跨声速涡轮平面叶栅流场周期性的影响。通过数值计算研究了不同开孔率(10%、15%、30%、50%)和偏转角度(70°、71°、72°)下尾流板对叶片表面及叶栅流道出口压力分布的影响,并通过实验验证了尾流板对流道出口流场周期性的改善作用。结果表明:无尾流板时叶片表面压力分布明显偏离周期性计算结果,且流道出口压力分布的周期性误差较大;尾流板偏转角度和开孔率会影响叶片表面及叶栅流道出口的压力分布,适当调节尾流板参数能改善流场周期性;安装开孔率为50%,偏转角度为70°的尾流板时各流道出口的压力分布一致性最好且最接近周期性计算结果,计算和实验结果的周期性误差较无尾流板时分别降低47.6%和28.1%。