《葉輪機械非定常渦量場時空結構的空間尺度疑題》是依託北京航空航天大學，由李志平擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：葉輪機械非定常渦量場時空結構的空間尺度疑題
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：李志平
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
葉輪機械內部複雜的旋渦流動及其強烈的非定常相互作用是影響其性能和流動穩定性的主要原。申請人在低速壓氣機和跨聲速壓氣機試驗中發現：在一定條件下，壓氣機內部渦量場可從一種無序的、混沌的流動狀態朝向有序的、健康的流態轉換，從而獲得性能和穩定工作範圍的大幅度提升（低速壓氣機效率和失速裕度最大可提高1.53%和24.9%；跨聲速壓氣機效率和失速裕度最大可提高0.8%和19.86%）。但是，對於非定常渦量場時空結構轉化的流動機理研究，仍然存在如下核心科學疑題，即實現渦量場流態轉化的基本物理條件是什麼？二者在時間尺度和空間尺度上存在什麼樣的有效關聯？本項目正是針對這一疑題，在已經獲得的實驗結論基礎之上，從分析壓氣機內部非定常渦量場的頻率特性（時間尺度）和渦旋特性（空間尺度）出發，在時間尺度和空間尺度上建立有效關聯，並提出實現葉輪機內部非定常渦量場時空結構轉化的基本物理模型，為葉輪機械的設計提供理論支撐。
結題摘要
葉輪機械內部複雜的旋渦流動及其強烈的非定常相互作用是影響其性能和流動穩定性的主要原因，上游尾跡與下游邊界層發展及邊界層分離之間的耦合關係對其流動損失有著重要的影響。項目研究針對這一核心問題，完成了四個方面的研究工作：（1）尾跡-邊界層相互作用的理論建模：基於尾跡與邊界層的“負射流”效應，從邊界層積分方程出發，發展了尾跡-邊界層耦合作用模型，建立了尾跡掃掠頻率、尾跡幅值與下游邊界層發展及邊界層分離損失之間的物理聯繫；（2）模型的數值驗證：基於2D葉柵幾何模型，對上述理論模型進行了驗證，數值結果與模型預估結果基本一致，驗證了模型的可行性和正確性；（3）轉動部件動態測試技術研究：為了研究轉動部件的非定常分離流動的動態特性，發展了基於當地存儲的轉子部件動態測試方法，能夠實現葉輪機轉子部件非定常流動特性的動態測量；（4）壓氣機轉子部件非定常模型的實驗驗證：在某低速壓氣機試驗台，利用模型所建立的尾跡與邊界層分離流動在時間尺度、空間尺度之間的物理關係，調整上游葉排尾跡掃掠頻率和尾跡相對幅值與下游轉子非定常分離之間的耦合關係，完成了對模型的實驗驗證。 通過上述工作的開展，較為系統的完成了理論建模、驗證方法探索和模型的數值及實驗驗證，揭示了尾跡頻率、尾跡幅值與下游邊界層分離之間實現耦合的空間尺度及時間尺度的物理聯繫。結果表明：當無量綱尾跡頻率為1.0，尾跡相對幅值為35%時，可有效的抑制邊界層分離，提高壓氣機時均性能和穩定工作裕度。
