CN108108549B - 一种平面叶栅轴向速度密流比控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种平面叶栅轴向速度密流比控制方法，步骤如下：建立目标平面叶栅的数值仿真模型并划分计算网格；对叶栅端壁不抽吸时平面叶栅的速度和攻角特性进行数值仿真，获得正负失速攻角和角区分离的起始点位置，确定抽吸区域的长度；建立一系列不同宽度的抽吸区域计算模型并划分数值计算网格；在正负失速攻角下，对不同宽度抽吸区域的抽吸效果进行数值仿真，对比分析确定最佳抽吸区域宽度。本发明所提供的方法，有效抑制不同来流马赫数和攻角下平面叶栅的角区分离，控制平面叶栅的轴向速度密流比在0.98‑1.05范围内，保证流动的二元性。

Description

一种平面叶栅轴向速度密流比控制方法
技术领域
本发明属于压气机平面叶栅吹风试验技术领域，特别涉及端壁抽吸结构控制平面叶栅角区流动控制领域，具体涉及一种平面叶栅轴向速度密流比控制方法。
背景技术
端壁抽吸是控制平面叶栅轴向速度密流比的重要方法。通过端壁抽吸控制叶栅端壁附面层的发展，减小或消除叶栅的角区分离，从而实现对轴向速度密流比的控制。现有的平面叶栅端壁抽吸方案分别有在平面叶栅全/部分通道端壁开槽抽吸(图1)、沿流向全弦长开槽抽吸(图2)以及多孔壁抽吸(图3)。图1方案的抽吸流量大，抽吸腔背压的微小变化容易造成来流工况的大幅波动；与图1方案相比，图2方案的抽吸量减小且工况适应性更强，但抽吸位置覆盖了分离的低速区，造成抽吸流量过大使得来流条件波动，而抽吸槽离前缘太近，会引起叶栅实际气流角的变化；图3方案开孔区域、孔径、排布规律和开孔率的确定最为复杂，抽吸孔过多一方面会造成抽吸流量过大，会使得来流条件发生较大变化，影响试验精度，另一方面，抽吸孔本身就是一个扰动源，过多的抽吸孔对主流流场进行扰动时可能会使流动情况恶化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种平面叶栅轴向速度密流比控制方法，以有效抑制不同来流马赫数和攻角下平面叶栅的角区分离，控制平面叶栅的轴向速度密流比在0.98-1.05范围内，保证流动的二元性。
本发明的目的通过如下技术方案实现：一种平面叶栅轴向速度密流比控制方法，包括如下步骤，
步骤一：建立目标平面叶栅的数值仿真模型并划分计算网格；
步骤二：对叶栅端壁不抽吸时平面叶栅的速度和攻角特性进行数值仿真，获得正负失速攻角和角区分离的起始点位置，确定抽吸区域的长度；
步骤三：建立一系列不同宽度的抽吸区域计算模型并划分数值计算网格；
步骤四：在正负失速攻角下，对不同宽度抽吸区域的抽吸效果进行数值仿真，对比分析确定最佳抽吸区域宽度。
优选地是，所述抽吸区域位于叶栅几何喉道区域上，该几何喉道采用从叶型前缘点向一侧叶型吸力面作垂线的方式确定。
优选地是，所述抽吸区域覆盖正负失速公角下的分离起始位置。
优选地是，所述抽吸区域的总长不超过弦长的50％。
优选地是，所述抽吸区域为弧形槽。
优选地是，所述弧形槽距叶型吸力面1～2mm。
优选地是，所述弧形槽宽度为2～3mm。
优选地是，所述抽吸区域为呈弧形排列的多个抽吸圆孔。
优选地是，所述抽吸圆孔的直径为2～3mm，孔的中心距减去孔径的距离为1.0～3.5mm。
本发明所提供的一种平面叶栅轴向速度密流比控制方法的有益效果在于，操作简单，抽吸结构简单，能够较好的控制不同攻角和来流马赫数下的密流比，并且具有抽吸流量较小，对叶栅流场扰动小、工况适应性强的特点。
附图说明
图1为现有采用在平面叶栅全/部分通道端壁开槽抽吸的示意图；
图2为现有采用沿流向全弦长开槽抽吸的示意图；
图3为现有采用多孔壁抽吸的示意图；
图4为本发明中角区分离示意图；
图5为本发明中抽吸弧形槽及抽吸圆孔的排布示意图；
图6为本发明抽吸效果对比示意图；
图7为本发明中弧形槽的尺寸标注图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明的平面叶栅轴向速度密流比控制方法做进一步详细说明。
如图4所示，由于平面叶栅端壁附面层和压气机叶栅槽道逆压梯度的相互作用，在端壁角区产生分离流动，进而引起叶栅出口有效流通面积的减小，导致轴向速度密流比大于1。对压气机机叶栅而言，叶栅槽道必然存在逆压梯度，因此，通过消除附面层或减弱二者的相互作用来抑制角区分离，达到控制轴向速度密流比的目的。
本发明通过在叶栅几何喉道附近的端壁布置抽吸区域，达到控制密流比的目的。
本发明的平面叶栅轴向速度密流比控制方法，包括抽吸区域的确定、抽吸槽/孔的尺寸，具体通过如下步骤实施：
步骤一：建立目标平面叶栅的数值仿真模型并划分计算网格；
步骤二：对叶栅端壁不抽吸时平面叶栅的速度和攻角特性进行数值仿真，获得正负失速攻角和角区分离的起始点位置，确定抽吸区域的长度；
步骤三：建立一系列不同宽度的抽吸区域计算模型并划分数值计算网格；
步骤四：在正负失速攻角下，对不同宽度抽吸区域的抽吸效果进行数值仿真，对比分析确定最佳抽吸区域宽度。
该抽吸区域能够为弧形槽亦可为呈弧形排列的多个抽吸圆孔，如图5所示。现以弧形槽说明。
根据端壁不抽吸时的角区分离起始位置确定抽吸槽(即弧形槽)的长度，要求抽吸槽覆盖正负失速攻角下的分离起始位置。通常，正失速攻角下分离起始点向前缘方向移动，而负失速攻角下分离起始点向尾缘方向移动。总的来看，抽吸槽会位于叶栅几何喉道附近，而几何喉道采用从叶型前缘点向一侧叶型吸力面作垂线的方法确定，这样便能确定抽吸槽基本长度，同时考虑到抽吸长度延伸过多会对前缘流动和低速低速区产生影响，因此，控制抽吸槽从几何喉道处前伸不超过前缘到几何喉道距离的50％，向尾缘延伸也不超过几何喉道到尾缘距离的50％，即抽吸槽的总长不超过弦长的50％，呈弧形排列的多个抽吸圆孔同理。在平面叶栅端壁栅板，弧形槽优选参数为，距叶型吸力面1～2mm，宽度2～3mm，抽吸圆孔优选参数为：直径为2～3mm，孔的中心距减去孔径的距离为1.0～3.5mm，从而在平面叶栅试验时，通过抽吸槽(孔)对叶栅端壁附面层进行抽吸即可控制平面叶栅轴向速度密流比，减小轴向速度密流比所需的抽吸流量，在1.5～3％之间。
抽吸前后数值仿真结果如图6所示，左边是抽吸前叶栅通道70％弦长位置马赫数等值线图，右边是在几何喉道附近开弧形槽抽吸后叶栅通道70％弦长位置马赫数等值线图，可以看到，不抽吸的情况下由于吸力面一侧角区分离造成叶栅通道堵塞，有效流通面积减小，速度的径向均匀性变差；抽吸后角区分离消失，有效流通面积恢复，速度径向均匀性变好。
下面简述弧形槽尺寸的确定。如图7所示，首先从叶型前缘作叶背型面的垂线L，然后，将叶背型线向外偏置2mm于L相交与O点，其次，以O为圆心，分别作圆R5和R10，弧形槽分别向叶栅上下游延伸5mm和10mm，最后，偏置2mm的槽宽，保证弧形槽距叶背型线1mm。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种平面叶栅轴向速度密流比控制方法，其特征在于，包括如下步骤，
步骤一：建立目标平面叶栅的数值仿真模型并划分计算网格；
步骤二：对叶栅端壁不抽吸时平面叶栅的速度和攻角特性进行数值仿真，获得正负失速攻角和角区分离的起始点位置，确定抽吸区域的长度；
步骤三：建立一系列不同宽度的抽吸区域计算模型并划分数值计算网格；
步骤四：在正负失速攻角下，对不同宽度抽吸区域的抽吸效果进行数值仿真，对比分析确定最佳抽吸区域宽度；
所述抽吸区域位于叶栅几何喉道区域上，该几何喉道采用从叶型前缘点向一侧叶型吸力面作垂线的方式确定；所述抽吸区域覆盖正负失速公角下的分离起始位置；所述抽吸区域的总长不超过弦长的50％，抽吸槽从几何喉道处前伸不超过前缘到几何喉道距离的50％，向尾缘延伸也不超过几何喉道到尾缘距离的50％。
2.根据权利要求1所述的平面叶栅轴向速度密流比控制方法，其特征在于，所述抽吸区域为弧形槽。
3.根据权利要求2所述的平面叶栅轴向速度密流比控制方法，其特征在于，所述弧形槽距叶型吸力面1～2mm。
4.根据权利要求3所述的平面叶栅轴向速度密流比控制方法，其特征在于，所述弧形槽宽度为2～3mm。
5.根据权利要求4所述的平面叶栅轴向速度密流比控制方法，其特征在于，所述抽吸区域为呈弧形排列的多个抽吸圆孔。
6.根据权利要求5所述的平面叶栅轴向速度密流比控制方法，其特征在于，所述抽吸圆孔的直径为2～3mm，孔的中心距减去孔径的距离为1.0～3.5mm。
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