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高负荷扩压叶栅吹风试验流场二维性控制技术研究

高丽敏 刘哲 蔡明 黎浩学

高丽敏, 刘哲, 蔡明, 等. 高负荷扩压叶栅吹风试验流场二维性控制技术研究[J]. 实验流体力学, 2021, 35(2): 13-21. doi: 10.11729/syltlx20200099
引用本文: 高丽敏, 刘哲, 蔡明, 等. 高负荷扩压叶栅吹风试验流场二维性控制技术研究[J]. 实验流体力学, 2021, 35(2): 13-21. doi: 10.11729/syltlx20200099
GAO Limin, LIU Zhe, CAI Ming, et al. Study on two-dimensional control technology of flow field in high-load compressor cascade test[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2021, 35(2): 13-21. doi: 10.11729/syltlx20200099
Citation: GAO Limin, LIU Zhe, CAI Ming, et al. Study on two-dimensional control technology of flow field in high-load compressor cascade test[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2021, 35(2): 13-21. doi: 10.11729/syltlx20200099

高负荷扩压叶栅吹风试验流场二维性控制技术研究

doi: 10.11729/syltlx20200099
基金项目: 

国家自然科学基金 51790512

国家科技重大专项 2017-ii-0001-0013

详细信息
    作者简介:

    高丽敏(1973-), 女, 陕西韩城人, 教授, 博士。研究方向: 叶轮机械气动热力学。通信地址: 陕西省西安市西北工业大学动力与能源学院(710129)。E-mail: gaolm@nwpu.edu.cn

    通讯作者:

    高丽敏, E-mail: gaolm@nwpu.edu.cn

  • 中图分类号: V231.1

Study on two-dimensional control technology of flow field in high-load compressor cascade test

  • 摘要: 平面叶栅风洞侧壁附面层引起流道收缩,破坏叶栅流场二维性,扩压叶栅逆压梯度会加剧收缩,且随负荷增加越发显著。针对某高负荷扩压叶栅,研究了影响叶栅吹风试验二维性的因素及不同轴向位置端壁抽吸的改善效果并探索了分布式抽吸。结果表明:常规试验叶栅端壁附面层发展会挤压主流,使其加速,扩压性下降,造成流场失真,总压损失偏差最小达23%。前部、中部抽吸可整体控制叶栅二维性,但展向二维区较窄;尾部抽吸出口展向二维区较宽,但仅局部改善近尾缘处二维性。前部抽吸在全攻角下控制良好,中部抽吸的负攻角特性较好,尾部抽吸流量则随攻角呈线性变化。分布式抽吸能整体控制二维性同时拓宽展向二维区,值得探索与应用。
  • 图  1  平面叶栅几何定义

    Figure  1.  Linear cascade configuration

    图  2  抽吸控制叶栅开槽方案

    Figure  2.  Slot configuration scheme of controlled cascade

    图  3  叶栅计算域网格及抽吸槽局部放大网格

    Figure  3.  Computational grid of cascade and local enlargement of slot grid

    图  4  网格无关性验证

    Figure  4.  Grid independence verification

    图  5  表面等熵马赫数分布[22]

    Figure  5.  Isentropic Mach number distribution[22]

    图  6  总压损失系数展向分布[22]

    Figure  6.  Span distribution of ω[22]

    图  7  马赫数云图及流线

    Figure  7.  Mach number contour and streamline

    图  8  体流线

    Figure  8.  Volume line

    图  9  轴向速度密流比攻角特性

    Figure  9.  AVDR of incidence characteristics

    图  10  总压损失攻角特性

    Figure  10.  ω of incidence characteristics

    图  11  进气角随轴向速度密流比变化

    Figure  11.  Variation of β1 with AVDR

    图  12  静压升随轴向速度密流比变化

    Figure  12.  Variation of p2/p1 with AVDR

    图  13  总压损失系数随轴向速度密流比变化

    Figure  13.  Variation of ω with AVDR

    图  14  等熵马赫数Mais对比

    Figure  14.  Comparison of isentropic Mach number Mais

    图  15  等熵马赫数偏差ΔMais分布对比

    Figure  15.  Comparison of isentropic Mach number deviation ΔMais

    图  16  ΔAVDR分布对比

    Figure  16.  Comparison of ΔAVDR Distribution

    图  17  端壁附面层发展

    Figure  17.  End wall boundary layer development

    图  18  出口展向轴向速度密流比分布

    Figure  18.  Span distribution of AVDR

    图  19  不同抽吸位置流量攻角特性

    Figure  19.  Suction flow of incidence at different positions

    图  20  马赫数云图及流线

    Figure  20.  Mach number contour and streamline

    图  21  出口展向轴向速度密流比分布

    Figure  21.  Span distribution of AVDR

    图  22  端壁附面层发展

    Figure  22.  End wall boundary layer development

    表  1  平面叶栅几何参数

    Table  1.   Linear cascade geometric parameter

    叶栅参数 设计值
    弯角θ/(°) 54.12
    扩散因子D 0.63
    进口马赫数Ma1 0.4
    稠度b/t 2.77
    最大厚度位置/% 10.58
    下载: 导出CSV

    表  2  抽吸功耗对比

    Table  2.   Suction power consumption

    抽吸位置 Front Middle Tail
    qmsi 4.2% 7.0% 16.0%
    cp 0.152 0.175 2.157
    下载: 导出CSV
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    LU H W, ZHANG H X, GUO S, et al. Numerical study on effects of streamwise groove suction in lower endwall in a highly-loaded sectorial compressor cascade[J]. Journal of Propulsion Technology, 2018, 39(8): 1753-1760. doi: 10.13675/j.cnki.tjjs.2018.08.009
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-08-02
  • 修回日期:  2020-12-02
  • 刊出日期:  2021-04-01

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    2021年8月13日