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跨音轴流压气机自循环喷气扩稳试验研究 被引量:10
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作者 李继超 林峰 +2 位作者 刘乐 童志庭 聂超群 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期135-143,共9页
轴流风扇/压气机稳定性控制一直叶轮机械领域迫切需要解决的难题,特别是对于内部流动复杂的跨音转子。提出以自循环喷气方式作为控制手段,并在一台单级跨音风扇/压气机上进行试验研究。试验中通过白行设计自循环机构在压气机上进行... 轴流风扇/压气机稳定性控制一直叶轮机械领域迫切需要解决的难题,特别是对于内部流动复杂的跨音转子。提出以自循环喷气方式作为控制手段,并在一台单级跨音风扇/压气机上进行试验研究。试验中通过白行设计自循环机构在压气机上进行基于自循环的叶顶喷气研究,并考察不同抽气角度和喷气偏航角对压气机稳定裕度和效率的影响,并通过测量机匣壁面非定常压力信号对跨音压气机自循环喷气机构中前端喷气的扩稳机理进行分析。试验结果表明:自循环喷气能够有效拓宽跨音压气机的流动失稳裕度,并取得了8%~15%的扩稳效果,而且能够略微提高压气机峰值点的效率。另外,通过功率谱密度分析,前端叶顶喷气的扩稳机理仍然是影响叶顶间隙泄漏流的非定常性。 展开更多
关键词 压气机 自循环喷气 失速裕度 效率 叶顶间隙泄漏流的非定常性
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轴流压气机叶片与机匣处理一体化优化设计
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作者 范忠岗 巴顿 +2 位作者 邱佳慧 杨晨 杜娟 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期205-216,共12页
针对一台低速轴流压气机搭建了叶片与机匣处理一体化优化设计平台,基于自由变形技术关联设计参数与工程参数,实现多目标优化.综合考虑效率和裕度指标,在峰值效率不降的情况下获得了7.21%的裕度拓宽量.针对最优方案,分析了叶顶堵塞及损... 针对一台低速轴流压气机搭建了叶片与机匣处理一体化优化设计平台,基于自由变形技术关联设计参数与工程参数,实现多目标优化.综合考虑效率和裕度指标,在峰值效率不降的情况下获得了7.21%的裕度拓宽量.针对最优方案,分析了叶顶堵塞及损失分布,探讨了叶片与机匣处理一体化优化设计的扩稳机理.研究发现:叶片弯掠和机匣处理组合作用下,最大堵塞位置由24.7%叶顶轴向弦长后移至33.6%叶顶轴向弦长,最大损失位置由21.4%叶顶轴向弦长后移至30.6%叶顶轴向弦长,叶顶泄漏涡的抑制和低能堵塞区的消除是一体化优化设计扩稳的主要原因. 展开更多
关键词 轴流压气机 自由变形技术 一体化优化设计 裕度拓宽 堵塞 熵产率
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跨音速轴流压气机叶顶间隙泄漏流对微喷气的非定常响应机制和扩稳效果研究 被引量:5
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作者 耿少娟 张宏武 +1 位作者 陈静宜 黄伟光 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第12期2013-2016,共4页
本文将叶顶微喷气方法应用于NASA Rotor37跨音速轴流压气机转子,在近失速工况,利用数值模拟方法研究了不同喷气量时叶顶间隙泄漏流对微喷气的非定常响应机理和叶顶微喷气的扩稳效果。结果表明,喷气使得叶顶区域的叶表压力随喷嘴与叶片... 本文将叶顶微喷气方法应用于NASA Rotor37跨音速轴流压气机转子,在近失速工况,利用数值模拟方法研究了不同喷气量时叶顶间隙泄漏流对微喷气的非定常响应机理和叶顶微喷气的扩稳效果。结果表明,喷气使得叶顶区域的叶表压力随喷嘴与叶片相对位置的变化沿弦向发生波动,抑制了叶顶泄漏流的自激非定常波动,使叶顶泄漏流轨迹沿叶片吸力面向下游移动,实现了提高压气机性能和稳定性的目的。采用喷射气流的无量纲总动量可关联亚音速和跨音速轴流压气机不同喷气方案的扩稳效果,该无量纲总动量与来流总动量和喷射气流高度成反比,而与叶高和喷射气流总动量成正比。 展开更多
关键词 轴流压气机 叶顶间隙流 非定常 喷气 扩稳
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三级轴流压气机复合沟槽式机匣处理扩稳研究
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作者 张夏雯 花雨 +2 位作者 李聪 琚亚平 张楚华 《工程热物理学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第10期2673-2684,共12页
机匣处理作为现代高负荷压气机解决裕度不足问题的重要手段,对保障燃机运行安全性及装置技术先进性具有重要影响。本文针对多级高速轴流压气机易出现低转速下裕度不足的问题,对某3.5级高速轴流压气机在新型复合沟槽式机匣处理下70%~100... 机匣处理作为现代高负荷压气机解决裕度不足问题的重要手段,对保障燃机运行安全性及装置技术先进性具有重要影响。本文针对多级高速轴流压气机易出现低转速下裕度不足的问题,对某3.5级高速轴流压气机在新型复合沟槽式机匣处理下70%~100%设计转速范围内的四种转速进行了全三维定常数值模拟,结合低转速下光壁机匣的失稳特性重点分析了复合沟槽式机匣处理的扩稳流动机理。结果表明:复合沟槽式机匣处理显著提高了80%设计转速下的失速裕度,裕度提高了13.73%。扩稳机理为:后段槽内泄漏间歇性降低叶尖两侧压差,削弱叶顶间隙泄漏射流强度;叶顶间隙泄漏流、叶尖前缘泄漏涡以及叶片表面附面层被抽吸进入后段槽阻断旋绕从而抑制泄漏涡的形成;前段槽回流在一定范围内降低了第一级动叶进气冲角。研究工作对提高压气机性能调节技术水平具有重要指导价值。 展开更多
关键词 多级高速轴流压气机 机匣处理 扩稳调节 数值模拟
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低速轴流压气机周向单槽机匣处理扩稳实验研究 被引量:2
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作者 李继超 刘乐 +2 位作者 杜娟 王偲臣 林峰 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期1422-1431,共10页
周向槽机匣处理作为一种有效的扩稳措施得到了广泛应用,但是缺乏对其机理的深入理解和认识。为此,在一台低速单转子轴流压气机上考察了周向单槽机匣处理随轴向位置变化的扩稳效果。实验中获得了单槽不同轴向位置的扩稳规律,在该台压气... 周向槽机匣处理作为一种有效的扩稳措施得到了广泛应用,但是缺乏对其机理的深入理解和认识。为此,在一台低速单转子轴流压气机上考察了周向单槽机匣处理随轴向位置变化的扩稳效果。实验中获得了单槽不同轴向位置的扩稳规律,在该台压气机上得出了扩稳效果最好的槽位于40%~60%轴向弦长,而当单槽位于27%轴向弦长附近时,其扩稳效果最差。在此基础上,选取了最优扩稳槽位和最差扩稳槽位进行详细的壁面非定常流场测量和尾迹测量,对比分析了光壁条件与各单槽处理机匣对叶顶间隙泄漏流和转子尾迹的影响。结果表明,采用扩稳效果最优槽位之后,周向单槽能推迟叶顶间隙泄漏流与主流交界面前移,以及减弱叶顶间隙泄漏流非定常性,且能明显增强尾迹区1BPF(叶片通过频率)的能量,同时减弱0.5BPF的能量,达到扩稳的目的。而对于扩稳效果最差槽位而言,叶顶间隙泄漏流与主流交界面直到失速前也无法跨过单槽从叶片前缘溢出,周向单槽改变了叶顶间隙内部诱发突尖失速先兆的扰动传播方式;另外,其对转子尾迹区0.5BPF和1BPF的影响也比较小,从而使得其扩稳效果减弱。 展开更多
关键词 压气机 周向单槽 机匣处理 尾迹 失速裕度改善
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驻涡式处理机匣对跨声速压气机扩稳的数值模拟 被引量:2
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作者 王卓奇 陆利蓬 +1 位作者 袁巍 宋西镇 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期2948-2956,共9页
提出了一种驻涡式处理机匣结构,通过叶片通道前后以及叶片压力面和吸力面共同作用的压差,驱动流体产生回流.将通道后部的附面层流体吸除,然后在叶片前缘注入,增大叶尖泄漏流内的动量,从而达到扩稳的效果.该设计将抽气槽与喷气槽的方向... 提出了一种驻涡式处理机匣结构,通过叶片通道前后以及叶片压力面和吸力面共同作用的压差,驱动流体产生回流.将通道后部的附面层流体吸除,然后在叶片前缘注入,增大叶尖泄漏流内的动量,从而达到扩稳的效果.该设计将抽气槽与喷气槽的方向和主流流动方向设计成一致方向,以减少掺混损失.此外,该处理机匣在轴向上完全在转子叶片内部,不需要前伸量,因而可以方便地应用于多级压气机中的任何一级,而不会和静子叶片发生干涉.通过数值模拟对这一设计进行了验证,结果表明该处理机匣可以扩大跨声速压气机转子裕度17.39%,而对效率不会产生明显的影响. 展开更多
关键词 扩稳 压气机 跨声速 叶尖泄漏流 旋转失速 处理机匣
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带周向单槽的低速轴流压气机失速起始过程 被引量:2
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作者 高立朋 杜娟 +2 位作者 李继超 林峰 聂超群 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期3822-3831,共10页
为了深入认识周向槽轴向位置对压气机失速机制的影响规律,针对某叶尖敏感的低速单转子压气机开展实验测量与数值模拟相结合的研究。实验与计算结果均表明,位于叶片弦长中部的周向单槽扩稳效果最好,而位于叶片前缘下游20%~30%轴向弦长位... 为了深入认识周向槽轴向位置对压气机失速机制的影响规律,针对某叶尖敏感的低速单转子压气机开展实验测量与数值模拟相结合的研究。实验与计算结果均表明,位于叶片弦长中部的周向单槽扩稳效果最好,而位于叶片前缘下游20%~30%轴向弦长位置的周向单槽扩稳效果最差。进一步分析了利用非定常、多通道计算模型获得的数值结果,发现对于光壁机匣和扩稳效果最好的周向单槽机匣,泄漏流与主流交界面在近失速工况下到达叶片前缘位置,压气机通过突尖型失速先兆进入失速状态;对于扩稳效果最差的周向单槽机匣,泄漏流与主流交界面在近失速工况下仍位于叶片通道内部距离叶片前缘20%的轴向弦长位置,压气机经历了由准模态型失速先兆向突尖型失速先兆转换的失速起始过程。 展开更多
关键词 低速轴流压气机 周向单槽 泄漏流与主流交界面 扩稳裕度 失速起始过程
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变宽度斜槽机匣处理对组合压气机的扩稳效果研究 被引量:1
8
作者 杨元英 安志强 +1 位作者 李杜 杨晶晶 《燃气涡轮试验与研究》 2021年第3期11-15,21,共6页
采用三维数值模拟方法,对高负荷轴流-离心组合压气机开展了机匣处理扩稳设计技术应用研究。为了同时达到较好的扩稳效果和较小的设计点效率降幅,在组合压气机第一级转子对应机匣位置采用了前伸出转子叶尖前缘、槽宽从前端到后端变化的... 采用三维数值模拟方法,对高负荷轴流-离心组合压气机开展了机匣处理扩稳设计技术应用研究。为了同时达到较好的扩稳效果和较小的设计点效率降幅,在组合压气机第一级转子对应机匣位置采用了前伸出转子叶尖前缘、槽宽从前端到后端变化的斜槽机匣处理设计。对设计结果的分析显示,变宽度斜槽机匣处理在转子尖部区域呈现明显的抽吸-再注入扩稳流动特征;在设计点效率下降小于0.2个百分点的同时,使得组合压气机90%设计转速近喘点压比增加1.90%、轴流级近喘点压比增加3.15%。 展开更多
关键词 航空发动机 组合压气机 机匣处理 变宽度斜槽 高负荷 扩稳效果
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周向单槽轴向位置对低速轴流压气机稳定性影响机理研究 被引量:1
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作者 高立朋 杜娟 +2 位作者 童志庭 林峰 聂超群 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期965-969,共5页
本文采用数值模拟方法捕捉到了不同位置周向单槽对某低速压气机稳定性裕度的影响规律并分析其原因。结果表明:周向槽位于叶片前缘附近扩稳效果差,位于叶顶弦长中下游区域扩稳效果好。采用机匣壁面剪切应力定量识别泄漏流与主流交界面的... 本文采用数值模拟方法捕捉到了不同位置周向单槽对某低速压气机稳定性裕度的影响规律并分析其原因。结果表明:周向槽位于叶片前缘附近扩稳效果差,位于叶顶弦长中下游区域扩稳效果好。采用机匣壁面剪切应力定量识别泄漏流与主流交界面的轴向位置,发现交界面在节流过程中主要存在两种移动规律,并由此将所研究的周向槽分为准模态和突尖两类周向槽。对于突尖类周向槽机匣,交界面的位置取决于叶顶间隙流体的轴向动量平衡。周向槽可以削弱与主流相抗衡的流体的轴向动量,这种削弱作用越强,周向槽机匣的扩稳效果越好。 展开更多
关键词 周向单槽 叶顶泄漏流与主流交界面 轴向动量 扩稳裕度
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跨音压气机等离子体激励扩稳的数值研究 被引量:1
10
作者 李志远 杜娟 +3 位作者 李帆 王开 李钢 林峰 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1191-1195,共5页
本文以跨音轴流单转子压气机为研究对象,对65%和98%额定转速下,不同等离子体激励强度的扩稳效果进行研究。结果表明,在一定转速下,等离子体激励强度越高,扩稳效果越好;相同等离子激励强度下,转速越高,扩稳效果越差。通过对该单转子机匣... 本文以跨音轴流单转子压气机为研究对象,对65%和98%额定转速下,不同等离子体激励强度的扩稳效果进行研究。结果表明,在一定转速下,等离子体激励强度越高,扩稳效果越好;相同等离子激励强度下,转速越高,扩稳效果越差。通过对该单转子机匣壁面轴向剪切应力的分析,发现等离子体激励的扩稳机制是将泄漏流与主流交界面位置推向叶片通道下游,抑制泄漏流在叶片前缘的溢出。在此基础上,本文提出了一种利用靠近失速的小流量工况下的泄漏流与主流交界面位置预判等离子体激励效果的方法。该方法由于不需要计算到失速边界,因此可以快速初判等离子激励的相对扩稳效果,为跨音环境下等离子扩稳方案的设计提供指导。 展开更多
关键词 等离子 轴流压气机 扩稳 流动控制 跨音
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离心压缩机周向槽壁面处理的数值研究(英文)
11
作者 陈雪飞 秦国良 《风机技术》 2018年第6期7-16,共10页
Enhancing stall margin has a great importance for the development of turbo compressors. The application of circumferential grooved casing treatment(CGCT) is a useful method of increasing the stable operating range of ... Enhancing stall margin has a great importance for the development of turbo compressors. The application of circumferential grooved casing treatment(CGCT) is a useful method of increasing the stable operating range of the compressor, and the effectiveness of this kind of casing treatment have been proved by numerous experiments. In this paper, a single circumferential casing groove is placed along the shroud side of the vaned diffuser. To clarify the effect of circumferential groove on the centrifugal compressor stability and corresponding flow mechanism, numerical investigations with different radial location, axial depth and radial width were carried out to compare the results. The computational fluid dynamics(CFD) analyses results show that the centrifugal compressor with a single circumferential groove in diffuser passage can extend stable operating range while the efficiency over the whole operating range decreases a little. Efforts were made to study blade level flow mechanisms to determine how the circumferential groove impacts the compressor's stall margin(SM) and performance. Some comparisons of the flow features with different parameter of grooved casing treatment are performed, and the results indicate that the low energy flow in the tip clearance is sucked into the groove and the area of the low energy fluid region shrinks, which helps to improve the stall margin of the centrifugal compressor. The numerical results showed that a combination of position,width and depth of circumferential groove will maximize stall margin improvement(SMI) of the centrifugal compressor. 展开更多
关键词 CIRCUMFERENTIAL GROOVE CENTRIFUGAL Compressor VANE DIFFUSER stall margin improvement
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钟形曲线法对低速大尺寸压气机轴向缝机匣处理扩稳效果的研究
12
作者 马宁 南希 林峰 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期1014-1023,共10页
为了降低机匣处理设计过程中的海量试验和计算成本与周期,从实际角度出发,采用了一种可快速判断不同机匣处理扩稳能力的钟形曲线法。其优势在于:不需要对机匣处理方案进行整条特性线计算,只通过比较其在光壁机匣近失速点的对应流量下动... 为了降低机匣处理设计过程中的海量试验和计算成本与周期,从实际角度出发,采用了一种可快速判断不同机匣处理扩稳能力的钟形曲线法。其优势在于:不需要对机匣处理方案进行整条特性线计算,只通过比较其在光壁机匣近失速点的对应流量下动叶端区累加轴向动量,即"钟形曲线",就可以快速判断出不同机匣处理的扩稳能力。以缝式机匣处理为示例,在低速大尺寸压气机上设计了三种不同的轴向缝方案,利用钟形曲线对其扩稳能力进行了预估,并完成了实验验证。结果表明,采用钟形曲线法预测扩稳能力与实验结果趋势一致,大幅缩减了轴向缝扩稳效果的评估周期,体现了该方法在机匣处理设计方面具有良好的工程应用价值。 展开更多
关键词 钟形曲线方法 轴向缝机匣处理 动叶叶顶端区 轴向动量 扩稳
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双级跨声风扇双段轴向缝式机匣扩稳机理分析 被引量:7
13
作者 吴艳辉 张皓光 +1 位作者 楚武利 苏中亮 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期181-186,192,共7页
以高负荷,高转速的双级跨声轴流风扇为对象,用数值模拟的方法研究了双段轴向倾斜槽类机匣的扩稳机理。计算得到的实体壁机匣和处理机匣的性能曲线与实验结果符合得较好。计算和实验均表明,双段缝式处理机匣扩大亚声速工况下的稳定工作... 以高负荷,高转速的双级跨声轴流风扇为对象,用数值模拟的方法研究了双段轴向倾斜槽类机匣的扩稳机理。计算得到的实体壁机匣和处理机匣的性能曲线与实验结果符合得较好。计算和实验均表明,双段缝式处理机匣扩大亚声速工况下的稳定工作范围。通过详细的流场分析表明,亚声工况下双级风扇第1级动叶吸力面附面层分离造成的叶顶通道阻塞是双级风扇流动失稳的关键因素。双段缝式处理机匣利用叶顶通道的压差在缝内形成回流,该回流将转子顶部通道内的低能流体抽吸进入缝中并向缝上游输运,在输送过程中在压差的作用下加速,最后在缝上游区重新进入主流。通过这种方式激励了转子顶部通道端壁区的低能气团,从而有效地扩大了亚声速工况下该跨声速风扇的稳定工作范围。 展开更多
关键词 跨音速压气机 机匣处理 数值模拟 扩稳机理+
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某离心压气机机匣扩稳试验研究及机理分析
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作者 杨家礼 李皓然 +2 位作者 周进 李久山 刘韦华 《燃气轮机技术》 2015年第2期34-38,共5页
以某燃气轮机离心压气机为研究对象,对轴向斜缝式处理机匣和实壁机匣进行对比试验研究。试验结果表明:处理机匣扩展了压气机的稳定裕度,但效率有所降低。为探究机匣处理的扩稳机理,进行了压气机流场分析及数值模拟计算。计算结果表明:... 以某燃气轮机离心压气机为研究对象,对轴向斜缝式处理机匣和实壁机匣进行对比试验研究。试验结果表明:处理机匣扩展了压气机的稳定裕度,但效率有所降低。为探究机匣处理的扩稳机理,进行了压气机流场分析及数值模拟计算。计算结果表明:轴向斜缝式机匣处理明显改善了离心叶轮尖部流场,提高了压气机的稳定裕度,同时,机匣处理带来了更多二次流损失,导致压气机效率下降。 展开更多
关键词 离心压气机 机匣处理 轴向斜缝 数值模拟 扩稳机理 试验研究 失速裕度
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预旋对周向槽处理机匣扩稳能力的影响 被引量:1
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作者 冯云阳 袁巍 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期1822-1835,共14页
以Rotor 67转子为研究对象,通过数值模拟的手段分析了周向槽(CG)提高转子失速裕度(SM)的机理,并在此基础上研究了周向槽处理机匣与转子前预旋的匹配问题。结果表明:在Rotor 67转子中,叶尖泄漏流与激波相互干渉产生的低速区是转子失速的... 以Rotor 67转子为研究对象,通过数值模拟的手段分析了周向槽(CG)提高转子失速裕度(SM)的机理,并在此基础上研究了周向槽处理机匣与转子前预旋的匹配问题。结果表明:在Rotor 67转子中,叶尖泄漏流与激波相互干渉产生的低速区是转子失速的重要原因,而周向槽内气流离开时形成的与泄漏涡(LV)方向相反的涡会抑制泄漏涡的周向发展,是周向槽的扩稳机理之一。通过分析周向槽处理机匣在不同预旋条件下扩稳效果的变化,显示在不同流量点、不同预旋条件下,随着转子叶尖负荷位置的变化,起主要扩稳作用的处理槽不同,并在此原则下,提出了一种周向槽设计的思路。 展开更多
关键词 预旋变化与处理机匣的匹配 压气机失速 压气机扩稳机理 处理机匣 周向槽设计
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桥式槽处理机匣的扩稳机理研究 被引量:1
16
作者 黄书超 袁巍 韩乐 《航空发动机》 北大核心 2018年第1期44-51,共8页
利用数值模拟的手段对桥式槽处理机匣的失速机制和扩稳机理进行研究。通过与实壁机匣和全通槽处理机匣的对比分析结果表明:叶尖泄漏和叶片吸力面的分离均会引起叶尖通道堵塞,进而诱发失速。在实壁机匣情况下叶尖泄漏流堵塞叶尖通道是诱... 利用数值模拟的手段对桥式槽处理机匣的失速机制和扩稳机理进行研究。通过与实壁机匣和全通槽处理机匣的对比分析结果表明:叶尖泄漏和叶片吸力面的分离均会引起叶尖通道堵塞,进而诱发失速。在实壁机匣情况下叶尖泄漏流堵塞叶尖通道是诱发失速的主要原因;全通槽和桥式槽处理机匣均能减弱叶尖泄漏流强度,但是全通槽处理机匣加剧了吸力面的分离,这造成了较大的效率损失;而桥式槽处理机匣能够通过改变抽吸区和喷气区的面积大小控制泄漏流和分离流引发的流道堵塞,从而在裕度提升和效率损失之间取得平衡。研究表明:喷气区面积越大,叶尖攻角越大,吸力面分离越强,压气机效率越低;抽吸区面积越大,泄漏流越弱,压气机的失速裕度越大。 展开更多
关键词 压气机扩稳 失速机制 桥式处理机匣 喷气区 抽吸区 航空发动机
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