某高负荷轴流压气机边界层引气的数值研究

123456aa · 发表于 2022-4-25 07:30:40

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目前，风扇/压气机正朝着高通流、高负荷和高效率发展，然而高负荷叶片设计的难点在于吸力面边界层内低动能流体在叶片流道中较强的逆压梯度作用下易于从壁面分离，并进而导致流道堵塞，损失增加，稳定工作裕度下降。因此，在深入研究风扇/压气机流道内复杂流场结构的基础上，通过合适的措施控制流动分离，使压气机在较高的负荷水平下还能保持较高的效率和较宽广的稳定工作范围，已经成为叶轮机械气体动力学研究的一个重要方向。本文首先使用CFD商用软件NUMECA对某高负荷跨音双级风扇进行了三维数值模拟。根据该高负荷跨音双级风扇数值计算的结果和流场分析可知，该风扇的第一级静子吸力面流动分离很大，使得该风扇的稳定裕度很低，仅为3.66%。为了改善该风扇性能，拓宽其稳定工作范围，本文采用在第一级静子叶片吸力面表面径向开缝抽气方案对其进行改进设计，研究抽吸气技术对多级风扇的三维流动以及其稳定裕度的影响，探明抽吸机理，观察缝隙位置、缝隙宽度、缝隙长度和缝隙出口背压等对抽吸气效果的影响。数值模拟结果表明：（1）通过第一级静子叶片吸力面分离区域抽气可以将该区域的分离流引出，抑制或推迟边界层分离，减小由于边界层分离带来的损失，从而改善风扇/压气机的气动性能，提高其稳定工作裕度；（2）在第一级静子叶片吸力面流动未分离区域采用抽吸气不能够拓宽其稳定工作裕度，反而由于抽走了一定量的主流，对该风扇性能造成一定影响；（3）抽吸气的效果与缝隙位置、缝隙大小等因素有关，因此风扇/压气机设计中应用抽吸气技术，须综合考虑以上各个因素的影响。

某高负荷轴流压气机边界层引气的数值研究

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