CN113090582A - 一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片，包括前叶片、后叶片，所述后叶片与前叶片的轴向重合部分形成射流进气口和射流口；所述射流进气口和射流口之间设有混合腔，所述混合腔的流道呈先扩张、再收缩的形状；所述混合腔的两侧设有反馈回路，所述反馈回路分别连通混合腔左、右两侧的进、出口。本发明基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片，通过对常规串列叶片前、后缘进行修形，把常规串列叶片产生的定常射流转化为可高效抑制叶背侧流动分离的非定常射流，无需可动部件或电气元件，加工成本低、工程实用性强。

Description

一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片
技术领域
本发明涉及一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片，属于流体机械领域。
背景技术
当前以压气机为代表的流体机械追求更高的气动负荷，以提高燃气轮机或发动机的功重比或推重比。而当气动负荷提高到一定程度时，通常会由于高逆压力梯度导致流动分离现象，限制了流体机械压比的进一步提升，也危及流体机械的效率及稳定裕度。常规的串列叶片技术是一种能抑制叶片叶背侧流动分离，并显著提高气动负荷的技术。如图1所示，通常情况下，串列叶片前叶片1和后叶片2间具有一定的轴向重合部分，引气气流6通过该重合部分形成的收敛形通道加速形成叶背侧的定常射流7，对虚线包裹的低速流动分离区3注入动量，从而对流动分离进行抑制。
由于常规的串列叶片技术产生的是定常的射流7，因而属于定常的流动控制技术，其缺点是流动控制所耗费的能量较大。非定常流动控制技术是一种更为先进的流动控制技术，相关研究表明，达到相同的流动控制效果，采用非定常流动控制技术能比相应的定常流动控制技术节约1～2个数量级的所耗费能量，具有所谓“四两拨千斤”的效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片，通过叶片前、后缘修形技术使串列叶片产生一定频率的非定常射流，从而更好地抑制叶片叶背侧的流动分离，以达到更好的叶片气动性能。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片，包括前叶片、后叶片，所述后叶片与前叶片的轴向重合部分形成射流进气口和射流口；所述射流进气口和射流口之间设有混合腔，所述混合腔的流道呈先扩张、再收缩的形状；所述混合腔的两侧设有反馈回路，所述反馈回路分别连通混合腔左、右两侧的进、出口。流体流经该串列叶片时，一小部分流体从射流进气口进入混合腔，由于柯恩达效应及流动不稳定性，在射流口处形成以一定频率进行往复扫掠运动的射流，从而通过非定常流动控制机制抑制串列叶片叶背侧的流动分离，提高串列叶片的压比、效率及稳定裕度。
优选地，所述后叶片在周向位置上位于前叶片的压力面侧。
优选地，所述后叶片与前叶片的轴向重合部分的长度为为5%～30%前叶片弦长。
优选地，所述射流进气口的流道呈收敛形状。
优选地，所述射流口的流道呈扩张形状。
优选地，所述反馈回路在前叶片与后叶片上各布置一条，用于连通混合腔两侧的进、出口。其中，一条反馈回路的入口、出口位于前叶片上；另一条反馈回路的入口、出口位于后叶片上。
优选地，所述混合腔和反馈回路通过前、后缘修形得到，在原型串列叶片（见图1）的基础上通过去除材料R（见图3）完成，修形作用的位置为前叶片的后缘及后叶片的前缘。去除材料R后，形成串列叶片上混合腔和反馈回路的气流通道。
优选地，所述混合腔的去除材料在全叶高进行，所述反馈回路的去除材料在部分叶高进行。
本发明所达到的有益效果：
本发明的混合腔和反馈回路在常规串列叶片的基础上进行修形得到，通过对混合腔和反馈回路的设计，可以使射流口处非定常射流的频率等于串列叶片叶背侧的分离涡频率，从而利用非定常流动控制的原理，有效抑制叶背流动分离，提高叶片压比、效率及稳定裕度。
本发明基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片，通过对常规串列叶片前、后缘进行修形，把常规串列叶片产生的定常射流转化为可高效抑制叶背侧流动分离的非定常射流，无需可动部件或电气元件，加工成本低、工程实用性强。
附图说明
图1是常规串列叶片示意图；
图2是一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片示意图；
图3是在常规串列叶片基础上通过对前、后缘去除材料实现产生非定常射流串列叶片的示意图；
图4是一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片轴向重合部分的流路示意图；
图5是前、后缘修形的串列叶片的一种具体实施方案三维示意图（以前叶片为例）。
图中各主要附图标记的含义为：
1.前叶片，2.后叶片，3.分离区域（虚线包围区），4.前叶片后缘，5.后叶片前缘，6.射流引气口处气流（常规串列叶片），7.射流射流口处气流（常规串列叶片），8.射流进气口，9.射流口，10.混合腔，11.反馈回路，12.前叶片反馈回路出口，13.前叶片反馈回路入口，14.后叶片反馈回路出口，15.后叶片反馈回路入口，16.射流引气口处流路（基于修形的串列叶片），17.基于修形的串列叶片重叠段一种可能的流路,18.基于修形的串列叶片重叠段另一种可能的流路，R.基于修形的串列叶片在常规串列叶片基础上去除的材料部分。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
对照附图1、2、3，在常规串列叶片的基础上（见图1），通过去除材料R（见图3），可以得到一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片（见图2）。
如图2所示，一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片，包括前叶片1、后叶片2，所述后叶片2与前叶片1的轴向重合部分形成射流进气口8和射流口9；所述射流进气口8的流道呈收敛形状，所述射流口9的流道呈扩张形状，由后叶片2与前叶片1的重叠部分自然形成（不需要修形）。所述后叶片2与前叶片1的轴向重合部分的长度为15%前叶片弦长。所述后叶片2在周向位置上位于前叶片1的压力面侧。
所述射流进气口8和射流口9之间设有混合腔10，所述混合腔10的流道呈先扩张、再收缩的形状；所述混合腔10的两侧设有反馈回路11，所述反馈回路11分别连通混合腔10左、右两侧的进、出口。所述反馈回路11在前叶片1与后叶片2上各布置一条，其中，一条反馈回路11的入口13、出口12位于前叶片1上；另一条反馈回路11的入口15、出口14位于后叶片2上。所述混合腔10和反馈回路11通过前、后缘修形技术进行去除材料形成，修形作用的位置为前叶片1的后缘4及后叶片2的前缘5。
如图2所示，具有了上述的结构后，当流体流经该串列叶片时，一小部分流体从射流进气口进入混合腔（沿箭头16所示），由于柯恩达效应，流动会贴向混合腔上侧壁面并沿射流口下侧壁面产生射流射出（沿实线箭头17所示），或贴向混合腔下侧壁面并沿射流口上侧壁面产生射流射出（沿虚线箭头18所示）。若流动沿实线箭头17，会促使反馈回路11入口13处的压力升高，沿反馈回路11传递至反馈回路11出口12处，推动流动沿虚线箭头18进行，反之亦然。因此，串列叶片重叠部分的流动会在实线箭头17和虚线箭头18之间以一定频率交替进行，产生非定常的扫掠射流，从而能通过非定常流动控制机制抑制串列叶片叶背的流动分离，提高串列叶片的压比、效率及稳定裕度。
在具体实施上，可以通过数值模拟或试制的方法对去除材料R的形状进行设计，使射流口9处的射流扫掠频率等于叶片叶背侧分离涡频率或该频率的整数倍，以利于流动不稳定性实现非定常流动控制的最佳效果。
实施例2
在具体实施上，应该考虑叶片的连通性及结构强度。一种可选的具体实施方案如图5所示，针对混合腔10的去除材料可以在全叶高进行，而针对反馈回路11的去除材料则应在充分考虑结构强度的前提下在部分叶高进行，防止叶片强度的危害（图中由反馈回路进口13、出口12反映）。
本发明基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片，通过对常规串列叶片前、后缘进行修形，把常规串列叶片产生的定常射流转化为可高效抑制叶背侧流动分离的非定常射流，无需可动部件或电气元件，加工成本低、工程实用性强。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片，包括前叶片（1）、后叶片（2），其特征在于，所述后叶片（2）与前叶片（1）的轴向重合部分形成射流进气口（8）和射流口（9）；所述射流进气口（8）和射流口（9）之间设有混合腔（10），所述混合腔（10）的流道呈先扩张、再收缩的形状；所述混合腔（10）的两侧设有反馈回路（11），所述反馈回路（11）分别连通混合腔（10）左、右两侧的进、出口。
2.根据权利要求1所述的一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片，其特征在于，所述后叶片（2）在周向位置上位于前叶片（1）的压力面侧。
3.根据权利要求1所述的一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片，其特征在于，所述后叶片（2）与前叶片（1）的轴向重合部分长度为5%～30%前叶片弦长。
4.根据权利要求1所述的一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片，其特征在于，所述射流进气口（8）的流道呈收敛形状。
5.根据权利要求1所述的一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片，其特征在于，所述射流口（9）的流道呈扩张形状。
6.根据权利要求1所述的一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片，其特征在于，所述反馈回路（11）在前叶片（1）与后叶片（2）上各布置一条，其中，一条反馈回路（11）的入口（13）、出口（12）位于前叶片（1）上；另一条反馈回路（11）的入口（15）、出口（14）位于后叶片（2）上。
7.根据权利要求1所述的一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片，其特征在于，所述混合腔（10）和反馈回路（11）通过前、后缘修形得到，修形作用的位置为前叶片（1）的后缘（4）及后叶片（2）的前缘（5）。
8.根据权利要求7所述的一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片，其特征在于，所述混合腔（10）的去除材料在全叶高进行，所述反馈回路（11）的去除材料在部分叶高进行。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0823540A2 (en) * 1996-08-09 1998-02-11 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Cascade with a tandem blade lattice
CN1386985A (zh) * 2002-06-06 2002-12-25 孙敏超 一种径向串置双列叶片扩压器
CN1560479A (zh) * 2004-02-23 2005-01-05 孙敏超 一种径向单列叶片扩压器
CN101158362A (zh) * 2007-11-29 2008-04-09 北京航空航天大学 大小叶片串列叶栅叶轮及压气机
CN101915126A (zh) * 2010-06-04 2010-12-15 清华大学 串列叶型混流或径流涡轮
EP2626513A1 (de) * 2012-02-10 2013-08-14 MTU Aero Engines GmbH Tandem-Schaufelanordnung
CN105840551A (zh) * 2016-04-15 2016-08-10 上海交通大学 多工况点高负荷压气机叶片的气动实现方法
CN110298052A (zh) * 2018-08-09 2019-10-01 上海交通大学 串列叶片优化实现方法
CN111577657A (zh) * 2020-04-29 2020-08-25 南京工业大学 带有无源自激励扫掠射流流动控制装置的压气机叶片

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0823540A2 (en) * 1996-08-09 1998-02-11 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Cascade with a tandem blade lattice
CN1386985A (zh) * 2002-06-06 2002-12-25 孙敏超 一种径向串置双列叶片扩压器
CN1560479A (zh) * 2004-02-23 2005-01-05 孙敏超 一种径向单列叶片扩压器
CN101158362A (zh) * 2007-11-29 2008-04-09 北京航空航天大学 大小叶片串列叶栅叶轮及压气机
CN101915126A (zh) * 2010-06-04 2010-12-15 清华大学 串列叶型混流或径流涡轮
EP2626513A1 (de) * 2012-02-10 2013-08-14 MTU Aero Engines GmbH Tandem-Schaufelanordnung
CN105840551A (zh) * 2016-04-15 2016-08-10 上海交通大学 多工况点高负荷压气机叶片的气动实现方法
CN110298052A (zh) * 2018-08-09 2019-10-01 上海交通大学 串列叶片优化实现方法
CN111577657A (zh) * 2020-04-29 2020-08-25 南京工业大学 带有无源自激励扫掠射流流动控制装置的压气机叶片

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