跨声速压气机叶栅性能提升及流场调控的端壁附面层抽吸方案

摘要

针对跨声速叶栅吹风试验中叶栅流动与二维流动不一致的问题，以某F级重型燃气轮机的跨声速叶栅为研究对象，提出一种槽宽为5 mm的抽吸槽，采用不同端壁抽吸位置、抽吸流量的附面层抽吸方案，通过数值模拟探究各方案对跨声速叶栅气动性能及流场结构的影响规律，分析比较各方案对角区分离的控制效果。仿真结果表明：端壁抽吸能够有效吸除通道内大量的低能流体，抽吸后叶栅总体的总压损失系数降低、静压比提高、轴向密流比(AVDR,设为A_VDR)被控制在1附近，出口流道内高损耗区（总压损失ω>0.2）显著减小；角区分离得到有效控制，角涡以及集中脱落涡的影响被削弱，流道通流面积增大，流场品质得到改善；通过对比不同抽吸位置的抽吸方案发现，靠近尾缘，距叶片前缘60%轴向弦长的抽吸槽方案气动性能最佳，抽吸后静压比增大14.4%,流场二维性最好，角区分离最弱；抽吸后，叶栅激波强度在近端壁区增大，尾迹整体范围减小，三维效应被削弱，增压能力得到增强；通过对比不同抽吸流量的抽吸方案发现，当抽吸流量较大时，叶栅的A_VDR能够维持在1附近、静压比较大，而出气角以及总压损失系数变化较小，同时角区分离较弱。因此，在跨声速叶栅中，沿弦向且靠近尾缘的抽吸方案在较大抽吸流量下能够对流场进行调控，叶栅的气动性能提升，角区分离得到控制，叶栅流动与二维流动较为一致。

关键词

跨声速叶栅 / 附面层抽吸 / 角区分离 / 气动性能

基金资助

国家科技重大专项资助项目(2017-Ⅱ-0007-0021); 国家自然科学基金资助项目(52176022)