葉頂泄漏流動的脈動頻率及時空結構特性研究

《葉頂泄漏流動的脈動頻率及時空結構特性研究》是依託上海交通大學，由吳亞東擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：葉頂泄漏流動的脈動頻率及時空結構特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：吳亞東
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

本項目以轉子的葉頂泄漏流動為研究對象，針對葉頂泄漏流動的脈動特性以及泄漏流的模態特徵、能量結構分布及其級間時空傳播特性兩個主要的科學問題展開研究。採用動態壓力感測器和熱線探針測量葉頂泄漏流的脈動特性，分析泄漏流動產生的機理以及影響泄漏流的氣動、結構參數，建立脈動頻率的數學模型。以此為基礎，採用高頻響流場測試手段結合先進的數據分析手段本徵正交分解POD和動態模式分解DMD等分析方法，研究葉頂泄漏流動的本徵模態、能量結構分布和穩定性，以及泄漏流動在級間傳播的時空演化規律。通過本項目的研究，有助於更深入的揭示壓氣機轉子葉頂泄漏流這一複雜非定常流動現象發生、發展和耗散的物理機制及其時空演變圖像，建立起泄漏流動脈動頻率與壓氣機氣動參數的內在關聯關係，進一步豐富對葉頂泄漏流動的認識。

結題摘要

葉頂區域的泄漏流動是一種非常複雜的三維粘性流動，表現出強非定常性、強剪下性、多尺度特性，是流體力學中最難研究的現象之一。壓氣機葉頂泄漏流動對壓氣機的性能和穩定性有著極其重要的影響，研究表明，葉頂泄漏的影響不僅僅限於造成流動損失，它在近失速工況時表現出來的非定常波動特性與轉子的旋轉失速有密切的關係，近幾年關於壓氣機失速的控制方法的研究進一步說明從葉頂泄漏流非定常特徵和空間結構特徵兩方面研究葉頂泄漏流動的必要性。另外，在設計工況和近失速工況，葉頂泄漏流引發下游葉片表面的非定常脈動增加氣動噪聲。回顧大量相關研究的文獻，可以發現無論是失速研究、泄漏流研究以及噪聲研究，發展到今天都在關注泄漏流的非定常性，使葉頂泄漏流動成為研究的熱點問題。本項目以壓氣機轉子的葉頂泄漏流動為研究對象，針對葉頂泄漏流動的脈動特性以及泄漏流的模態特徵、能量結構分布及其級間時空傳播特性兩個主要的科學問題展開研究。採用動態壓力感測器測量葉頂泄漏流的脈動特性，測量得到了在不同流量下,葉頂區域流動的壓力脈動特性,通過頻譜分析,得到了小流量(不穩定工況)情況下出現了旋轉不穩定性脈動頻率,以及各階模態值，頻譜呈駝峰狀，峰值在0.5倍葉片通過頻率附近，並隨著流量不同而變化。通過數值模擬分析泄漏流動產生的機理以及傳播特性。認為葉頂區域的旋轉不穩定性是一種不穩定的壓力波，提出了一個理論模型，在已知葉頂泄漏流振盪周期和延遲時間的情況下，可以計算出旋轉壓力波的模態特性，包括模態波階數、旋轉速度和頻率值。並通過對比數值計算結果與理論模型預測結果，驗證了理論模型的正確性。以此為基礎，採用高頻響流場測試手段結合先進的數據分析手段本徵正交分解POD 和動態模式分解DMD 等分析方法，研究葉頂泄漏流動的本徵模態、能量結構分布。通過本項目的研究，有助於更深入的揭示壓氣機轉子葉頂泄漏流這一複雜非定常流動現象發生、發展和耗散的物理機制及其時空演變過程，建立起泄漏流動脈動模特的傳播方程，進一步豐富對葉頂泄漏流動的認識，為下一步旋轉失速的研究提供重要的參考。