论文部分内容阅读
现代大涵道比涡扇发动机采用高负荷或超高负荷低压涡轮叶片设计,提高叶片负荷能够减小涡轮叶片数量,减轻涡轮重量,但会导致叶片附面层易于分离,特别是低压涡轮通常工作在低雷诺数环境下,将导致严重的叶型损失,降低低压涡轮效率。利用低压涡轮转静子相对运动产生的上游尾迹可以控制下游叶片附面层的流动发展。因此深入研究并理解上游尾迹与附面层相互作用的规律,有助于高负荷或超高负荷低压涡轮叶片的设计。采用高负荷叶片设计的低压涡轮叶片吸力面会出现分离泡,分离泡和湍流损失受到分离剪切层转捩的影响。然而尾迹诱导转捩、自然转捩与Klebanoff条纹诱导的不稳定性使得转捩过程十分复杂。本文研究了三种工况下的上游尾迹在高负荷低压涡轮叶片附面层的影响。本文基于PAKB叶型,使用数值模拟方法,并辅以实验,针对上游尾迹对涡轮附面层的影响展开研究。研究主要通过CFX软件进行LES数值模拟,并辅以叶栅实验,针对低压涡轮高负荷叶片设计问题,从以下两个方面展开研究工作:（1）本文将尾迹在叶栅通道内的形态发展划分为尾迹尾部与尾迹中心,分析了上游尾迹对条纹与壁面剪力的影响。尾迹在进入叶栅通道后,尾迹中心不与叶片前缘直接接触,因负射流效应导致吸力面前部的壁面剪力增大,但不会因前缘剪切遮蔽效应产生强Klebanoff条纹。只有尾迹尾部直接作用叶片前缘附面层,形成并放大Klebanoff条纹。在尾迹尾部的作用下,尾迹放大条纹能够抵达分离泡与转捩区。（2）本文研究了0°攻角与+10°攻角下尾迹对附面层流动的影响。+10°攻角工况在前缘0～6%S0范围内存在逆压梯度。逆压梯度增强了剪切遮蔽效应,降低了渗透深度,并增强了条纹强度。同时+10°攻角工况在加速区的顺压梯度相对较弱,为生成增强的条纹并使其能够通过吸力面加速区提供了有利条件。在尾迹间歇期,+10°攻角工况在前缘的逆压梯度能够放大由FSTI诱导的弱Klebanoff条纹,而0°攻角工况则难以观测到类似现象。+10°攻角工况下,Klebanoff条纹能够在尾迹扫掠周期内持续出现,导致转捩提早发生,转捩过程较长。