反旋腰圆形鼓筒孔腔体内旋涡破碎机制与压损特性

为降低压气机径向引气过程中的压损,本文设计了反旋腰圆形鼓筒孔结构,采用大涡模拟(LES)和经验证的RNG k-ε模型分别探究了腔体内的旋涡演化规律和压损特性,揭示了反旋腰圆形鼓筒孔的旋涡破碎机制与减阻机理。结果表明:反旋腰圆形鼓筒孔可降低腔体内压损。高速旋涡在腰圆形鼓筒孔腔体的低径位区域内快速强化,旋涡尺度呈快速增大趋势,致使压损系数随径向高度降低而快速升高。与腰圆形鼓筒孔相比,反旋腰圆形鼓筒孔可有效抑制旋涡尺度增大,相对可降低腔体内15.6%的压损。反旋腰圆形鼓筒孔结构简单且引气过程呈线性状态,具有较高工程应用价值。

旋转盘腔去旋系统数值模拟

对带有管式减涡器的盘腔内流动特性进行数值模拟,研究了减涡管的长度、管径和引气鼓筒孔的外形及尺寸,对盘腔内压力损失、流动结构的影响。计算结果表明:管式减涡器对于降低引气气流的压力损失有显著作用,存在最佳的减涡管长度使得引气的压力损失最小;减涡管管径、鼓筒孔面积增大都会减少流动损失;在鼓筒孔面积一定的情况下,长圆形鼓筒孔的性能比圆形鼓筒孔的更优。

管式减涡器压力损失特性数值研究

数值研究不同的减涡管长度、鼓筒孔周向位置及鼓筒孔结构对管式减涡器系统减阻性能的影响。结果表明,特定工况下存在最优管长使得系统进出口总压比最小,不同管长减涡管系统的主要压力损失来自于不同部分。其中,减涡管较短时压力损失主要来自于减涡管入口处,减涡管较长时压力损失来自于管内摩擦损失。鼓筒孔周向位置对盘腔内气流流动特性的影响较小,对总压比的影响可以忽略。鼓筒孔结构对减阻效果的影响较大。在所研究的三种鼓筒孔结构中,鼓筒孔开孔在周向上越长其总压比越小,鼓筒孔变为贯通缝时最优管长减小。