论文摘要
叶尖间隙泄漏流动对压气机性能和稳定性有着重要的影响。目前通过改善压气机端区流动状况以提高其性能和稳定工作裕度的研究方法有许多种,其中最具代表性的方法为机匣处理技术。本课题采用了一种类似凹槽导流片式机匣处理技术的新方法—可调附加叶片方法,通过在动叶顶部的机匣上安装可随压气机工况变化而改变安装角的小叶片,对由端壁附面层和少部分主流流体组成的流动施加影响。数值计算开始前的准备工作包括:数值计算所用的叶栅参数的确定;网格划分方式和湍流模型的选择;数值方法精度的验证和可行性分析;以及可调附加导叶的设计。首先对没有安装可调附加叶片的原型动叶叶栅进行了数值研究,着重讨论动叶叶顶泄漏涡的流动演化和发展机制,对失速的机理等问题进行了分析。结果表明,影响动叶叶顶泄漏流发生与发展的因素主要包括:流体的粘性作用,动叶顶部吸力面和压力面之间的最大压差及其位置,主流的速度与方向等。在对原型动叶叶顶间隙流动机理有了清楚认识的基础上,有针对性的提出了一系列采用可调附加叶片的方案,并列举出比较具有代表性的两个系列(轴向截取25%b、50%b)的详细计算结果,对它们进行对比分析。结果表明:1)轴向截取25%b方案导致裕度和效率均有所下降,但动叶内部流动有改善;2)小叶片弦长太短,导向性差,部分叶片附近出现环绕流动,加长弦长后,环绕流动消失,仅在动叶顶部前缘相邻的小叶片附近出现了大的分离,小叶片内部的压力分布也较为均匀,高压低压分别主要集中于个别流道;3)增大小叶片折转角度对控制效果有利,但作用不大;4)前缘削尖比直接倒圆的效率和压比略高,在加可调附加叶片提高失速裕度的前提下,采用前缘削尖可以提高效率并提升负荷。5)动叶轴向被截去50%后,能改善动叶下半部的流动,但同时恶化了顶部流动,叶片负荷急剧下降,导致效率和压比下降很多(比25%方案下降幅度大),但同时也提高了裕度。