PSE方法在后部加载叶栅绕流稳定性分析及转捩预测中的应用

采用数值求解与实验测量相结合的方法,分析后加载叶栅绕流的稳定性并预测转捩.推导出正交曲线坐标系下三维扰动波的抛物化稳定性方程,在风洞实验中测量叶栅叶片表面的静压分布,并结合测量结果对设计叶栅的流动稳定性进行特征值分析.分析结果表明:(1)后加载叶型能有效推迟转捩,提高叶栅的变冲角特性;(2)当冲角变化时叶顶流动稳定性的变化最显著,负冲角流动稳定,正冲角流动最不稳定.

PSE方法研究平板边界层中三波共振的非线性作用机制

用抛物化稳定性方程(PSE)方法数值模拟了实验中三波共振中三维扰动的非线性作用情况,得到的计算结果与实验数据在定量上比较相符。研究表明扰动演化的定性行为与理论描述的结果是一致的,即二维波在初始阶段和参数共振阶段按照线性指数增长,三维波在初始阶段同样按照线性指数增长。在非线性作用比较强时,三维波快速增长起来,最终作用在二维波上,使其再次增长起来,从而引起转捩。

弯叶片对压气机叶片表面流动稳定性影响研究

本文研究了压气机叶栅中采用弯叶片对叶片表面流动稳定及转捩的影响。以风洞测得的叶片表面静压实验数据为基础,通过求解Falkner-Skan方程,获得不同来流马赫数下叶片边界层内气动参数。将以上结果作为边界层的平均流动值,结合数值离散化的正交曲线坐标系线性抛物化稳定性方程(PSE),对边界层流动的稳定性进行特征值分析。计算结果表明,在压气机中采用弯叶片,可改善叶栅吸力面两端区边界层的流动,但同时会恶化叶栅吸力面中部边界层流动的稳定性;合理地匹配选择叶片的弯向与弯量,才能有效地提高扩压叶栅的整体流动稳定性。

外来扰动频率对涡轮叶栅流动稳定性的影响

应用非线性PSE方法预测和评价某型超临界蒸汽轮机调节级导叶栅边界层流动的稳定性,研究了扰动频率对叶栅流动稳定性的影响。结果表明,当来流扰动频率变化时,扰动会对叶栅边界层稳定性产生很大的影响,此时存在一个最大扰动频率,在这一频率下流动最容易发生转捩。最大扰动频率受边界层厚度雷诺数的直接影响,其数值沿着流向逐渐减小,即叶片入口流动对高频扰动敏感,叶片出口流动对低频扰动敏感。

具有前掠叶片的低压涡轮叶栅流动稳定性研究

在具有前掠叶片的涡轮低压导向叶栅的风洞实验中,测量了静压系数在不同叶高沿叶型的分布。根据静压分布的测量值,通过求解Falkner-Skan方程,获得不同来流马赫数下叶片边界层内沿流向的速度、压力、密度等参数。然后,将以上结果作为边界层的平均流动值,结合数值离散化的正交曲线坐标系线性抛物化稳定性方程(PSE),对边界层流动的稳定性进行特征值分析。计算结果表明,所选用的实验叶栅由于应用了前掠叶片,加载均匀,边界层流动相对稳定。

高超声速6°迎角圆锥边界层背风流向涡稳定性分析

针对马赫数6、迎角6°圆锥边界层背风面流向涡开展了直接数值模拟和稳定性分析,其中,稳定性分析工具包括空间BiGlobal方法和面推进的PSE3D方法。研究发现,有迎角圆锥边界层背风中心线附近会自发形成一对对转的强流向涡。这对流向涡或因低频反对称模态和高频对称模态的共同作用而在下游破碎。