葉柵流

葉柵流

詳細研究葉柵流道內複雜的流場結構和損失機理,探索降低葉柵流道內的能量損失以及改善葉柵氣動性能的方法,已經成為提高航空發動機性能的重要研究內容。從現有的葉柵理論和試驗可知,葉柵內流動非常複雜,影響因素極多,有幾何因素如氣流轉角、稠度影響有氣動因素,如來流馬赫數、激波邊界層干擾等由於轉動葉片與靜止葉片呈交錯排列,造成氣流尾跡與葉片運動的互相干擾,以及在流動中粘性作用與激波的干涉影響,都造成葉柵內流動的非穩定性與極端複雜性,並呈現出旋轉機械中共有的有旋性和三維特徵。

基本信息

葉柵

葉柵,數學名詞,是指在某一半徑上,用其軸圓柱面將渦輪葉片截斷,然後再將這一截面展成平面,從而得到葉柵。

葉柵的基本幾何參數有葉型弦長、柵距、相對柵距、葉柵稠度、葉型安裝角、葉型出口角等。

葉柵性能的好壞直接影響航空發動機的性能指標。詳細研究葉柵流道內複雜的流場結構和損失機理,探索降低葉柵流道內的能量損失以及改善葉柵氣動性能的方法,已經成為提高航空發動機性能的重要研究內容。從現有的葉柵理論和試驗可知,葉柵內流動非常複雜,影響因素極多,有幾何因素如氣流轉角、稠度影響有氣動因素,如來流馬赫數、激波邊界層干擾等由於轉動葉片與靜止葉片呈交錯排列,造成氣流尾跡與葉片運動的互相干擾,以及在流動中粘性作用與激波的干涉影響,都造成葉柵內流動的非穩定性與極端複雜性,並呈現出旋轉機械中共有的有旋性和三維特徵。

計算方法

對跨聲速風扇/壓氣機平面葉柵流場的計算,近年來發展了一些新的計算法,其中勢函式法和流函式法同過去發展的時間推進法相比,計算時間短得多,便於推廣到工程實用中去。但是,它們也屬於統稱為“激波捕獲法”的計算方法,得到的通道激彼形狀一般占有幾個計算格線並且激波形狀不很明確,不能給出激波的確切位置。根據實際計算與實驗結果的對比表明,勢函式法捅獲的激波位置要比實驗值遲後,而流函式法捕獲的要比實驗值超前,都會對整個跨聲流場的精確確定帶來誤差,為了克服這個困難,以得到確切的激波位置,發展了一種分區計算方法:根據給定的激波位置用特徵線法計算通道激波上游超聲速區,用流函式矩陣法計算激波下游的亞聲速區,並對通道激波的位置進行調整,使之滿足Rankine一Hugoniot關係,從而得到含有清晰激波形狀的跨聲速全流場的精確解。吳文全進一步對通道激波的形狀通過電子電腦程式來自動進行調整。這個方法的建立,對於精確地確定跨聲流場的參量變化具有很大實用意義。

跨聲速葉柵流計算中邊界層的影響

在跨聲速葉柵流的計算中,邊界層的影響是值得重視的。特別是進口M數較高時,存在較強的激波,逆壓梯度較大,使得邊界層發生較大的變化,可能發生分離。另外,在跨聲速葉柵流中通道接近聲速堵塞時,邊界層位移厚度的微小變化可能引起主流區流動圖案的較大變化。華耀南採用主流一邊界層疊代的計算方法來考察邊界層對計算的影響,將流函式方法作為跨聲速主流區的計算方法,用卞蔭貴的參考燴方法作為邊界層的計算方法。套用這兩個計算方法進行主流一邊界層相互作用的疊代計算,對四個跨聲速葉柵的主流和邊界層進行了計算,考察了邊界層對計算結果的影響,發現考慮邊界層修正後計算得到的葉面M數分布更為接近實驗值。

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