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研讨职员在低雷诺数下压气机叶片边境层勾当及调控机理等方面取得停顿
发稿时候:2022-06-10         作者:王名扬、阳诚武、卢新根、赵胜丰          来历:轻型能源测验考试室     【字号:

  航空发念头地面巡航飞翔时,压气机部件入口雷诺数(Re)敏捷下降,致使叶片外表层流区敏捷扩大。跟着叶片负荷不时进步,压气机叶片外表极易产生层流分手,随后触发转捩。大批研讨功效标明,低Re下压气机叶片外表层流分手及转捩进程会形成叶型丧失急剧增大,严峻限制了紧缩体系效力和不变裕度晋升,同时也会好转发念头部件婚配特征。 

  为了进一步晋升地面低Re下压气机气念头能,工程热物理所研讨职员接纳高精度大涡摹拟(LES)数值计较和邃密化测验考试丈量手腕,研讨了低Re下高负荷压气机叶片边境层分手、转捩勾当及丧失时理。针对某典范高负荷压气机叶片,阐发了差别Re下分手剪切层外部庞杂涡系布局的时空演变进程,成立了涡能源学进程与湍流脉动程度之间的接洽关系(图1);基于变形功的观点,量化了粘性耗散和湍流耗散对丧失的影响,阐释了分手剪切层转捩进程丧失时理;成长了一套高精度的叶型参数化方式,取得了一系列具备差别负荷程度和负荷散布的压气机叶型,了了了负荷散布对分手剪切层转捩进程的调控机理,归结总结了合用于低Re勾当前提的压气机叶型设想方式(图2)。 

  在上述任务根本上,研讨职员测验考试操纵实在粗拙度和壁面换热对低Re下高负荷压气机叶片边境层分手、转捩进程停止调控。成长了一种斟酌实在压气机叶片粗拙度的三维通用多少参数化建模方式,具体对照阐发了差别粗拙度巨细和散布下分手泡形状、湍流脉动程度和叶型丧失巨细,揭露了实在粗拙度下叶片近壁地区流向条带天生及失稳机制(图3);说明了流向条带与展向涡的非定常干与进程,廓清了实在粗拙度对压气机叶片分手剪切层转捩进程的调控机理(图4)。进一步将非绝热壁面假定引入到高负荷压气机叶片边境层转捩调控中,对照了差别壁面换热前提下涡系布局时空演变进程及对应的湍流脉动(丧失)程度(图5),了了了壁面换热对转捩进程的两重调控机制。研讨功效标明,上述两种方式均能有用调控压气机叶片边境层分手、转捩进程,有用晋升地面低Re下压气机叶片的气动特征。 

  以上研讨获得航空发念头及燃气轮机国度科技严重专项根本研讨(2017-II-0010-0024)和国度天然迷信基金重点名目(51836008)撑持。研讨功效在Physics of FluidsAerospace science and TechnologyChinese Journal of Aeronautics等身手域权势巨子期刊上颁发。论文“差别雷诺数前提下粗拙度对高亚音速压气机叶型边境层调控机制研讨”获2019年中国工程热物理学会热机气动热力学和流体机器学术集会“最好论文奖”;论文“Large eddy simulation of the separated flow transition on the suction surface of a high subsonic compressor airfoil”当选为Physics of Fluids 期刊Editor's Pick(代表特定范畴内具备高迷信代价的任务)。 

 

        (a) 展向涡瞬态布局                  b)近壁面流体“上喷-下扫” 

   1 转捩进程中庞杂涡系时空演变进程 

 

   2 差别压力梯度散布下丧失对照 

 

   3 粗拙度感化下近壁地区流向条带布局
  

   4 流向条带对展向涡时空演变进程的影响
  

   5 差别壁面换热前提下叶片近壁面雷诺切应力散布

   

 
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