《葉輪機非定常流場時空結構相似的Strouhal數疑題》是依託北京航空航天大學，由李紹斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：葉輪機非定常流場時空結構相似的Strouhal數疑題
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：李紹斌
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
相似準則是流場相似的重要依據，其中Strouhal數是唯一表征非定常流場相似的參數。目前的葉輪機氣動設計體系是基於定常流動基本假設建立的，通用特性曲線圖表征了定常流場的Mach數相似，反映了流場的空間結構品質，尚無法反映葉輪機內真實流場非定常時空結構的相似與否。申請人所在課題組近些年的研究工作集中於如何改進非定常流場時空結構的品質，並已在跨聲速壓氣機實驗台上作出了明顯正效果。如若能把實驗台上獲得的收益套用到型號中，就必須解決保證非定常流場時空結構相似的相關條件，這不是現有設計體系所能做到的，因而就面臨著從定常流場空間結構相似向非定常流場時空結構相似的轉換，為此提出關於非定常流場時空結構相似的Strouhal數疑題。本申請希望通過研究，在非定常流場時空結構相似和葉輪機通用特性中補充反映Strouhal數影響的新的相似條件，為工程推廣提供理論支撐。
結題摘要
本項目針對葉輪機非定常流場時空結構相似的Strouhal數開展研究。針對壓氣機模型，採用圓弧斜槽形式的處理機匣實現了Strouhal數作為邊界條件的給定方法，通過處理槽的數目和搭接量實現對壓氣機施加一定頻率和幅值的激勵，基於非定常流動建立了處理槽數目與非定常渦脫落頻率及壓氣機轉速的函式關係，獲得了圓弧斜槽處理機匣的理論設計方法。對於低速軸流壓氣機，在無量綱槽數為4.2的St數邊界條件下，研究了圓弧斜槽處理機匣對壓氣機特性及非定常流場的時空結構的影響，發現處理機匣抑制了壓氣機近失速狀態下2階擾動的發展，並通過對葉尖低速流體的抽吸，改善了葉尖的流通能力，在小流量況下延緩了葉根失速團的徑向發展，從而拓寬了失速裕度。基於壓氣機非定常流場相似的St數邊界條件，亞聲速狀態下的圓弧斜槽處理機匣的設計方法也可用於跨聲速壓氣機的可壓流場。對於跨聲速壓氣機，在無量綱槽數為4，5.2，6.4，7.5的St數邊界條件下，處理槽數目不同產生的激勵頻率不同，對擴穩效果有顯著影響，而對壓比和效率的影響較小；在亞聲速流場中，處理槽數對圓弧斜槽處理機匣的擴穩能力影響較小，但對壓氣機峰值效率的影響較大。對於St數邊界條件，圓弧斜槽處理機匣的擴穩機理體現在通過處理槽尾緣的抽吸作用減小轉子葉尖堵塞，從而提高壓氣機葉尖處的流通能力；在小流量工況下，這一效應將導致葉根處的攻角增大，發生葉根失速，但由於葉尖處的流通能力得到改善，延緩了葉根失速團的徑向發展，壓氣機在葉根失速的情況下仍能穩定工作。因此，圓弧斜槽處理機匣不僅對轉子葉尖失速的壓氣機具有擴穩效果，對靜子葉根失速的壓氣機同樣具有擴穩效果。實驗結果表明，在同樣的處理面積下，適當的St數邊界可以提高軸流壓氣機的峰值效率，改善非定常流場結構的品質。
