摘要：为了研究自循环机匣的非定常扩稳机理,针对某型涡轮增压器压气机采用非定常数值计算方法得到了典型工况三维全通道非定常流场。通过对比实壁机匣及自循环机匣压气机在设计工况和近失稳工况的非定常流动特征,探究了实壁机匣在近失稳工况下稳定性降低的原因,并阐明了自循环机匣的非定常扩稳机理。结果表明:实壁机匣压气机上下游非定常扰动分别来自主流叶片和分流叶片间隙泄漏涡,两者相互影响且在同一工况下频谱分布相似、主频相同。其中主流叶片间隙泄漏涡破碎及通道涡的形成是压气机上游非定常脉动增强、堵塞加剧、稳定性下降的主要原因。自循环机匣通过抽吸效应能够有效维持主流叶片前缘间隙泄漏涡稳定性,抑制其破碎,减小高叶高区的流动堵塞,同时能够有效阻碍上下游间隙泄漏涡扰动的相互干扰,从而提升压气机稳定性。

摘要：以NASA Rotor 35为研究对象,设置了15°,0°和-15°三种不同周向偏置度数的自循环机匣,利用NUMECA软件包进行三维非定常数值模拟,以研究机匣处理对压气机非定常流场的影响。计算结果表明,针对NASA Rotor 35,由通道激波与叶顶泄漏涡相互作用导致的失速,不同周向偏置角度的自循环机匣处理均能够较好地拓宽压气机的稳定工作范围,且几乎不影响压气机峰值效率。其中周向偏置15°的自循环机匣虽然流量裕度改进量最大,但是压气机的压比下降较大。周向偏置后自循环机匣的扩稳能力不再遵循传统上以回流量、喷嘴出口速度和自循环装置内的流动损失来关联扩稳效果的经验规律,而是由桥路和流场耦合的非定常过程导致的。其喷射和抽吸作用对叶顶流场的激励使得叶顶静压分布、泄漏流产生周期性波动,不同物理量峰值在时域上存在相位延迟。

摘要：为了提高跨声速轴流压气机的稳定工作范围,提出一种叶尖开槽射流的扩稳策略,设计7种开槽方案,并通过数值模拟分析其效果及扩稳机理。计算结果表明,针对叶尖通道堵塞设计的开槽射流方案取得了较好的效果,压气机稳定工作裕度实现了2.33%~4.53%的提高,但峰值效率降低0.26%~1.24%;在合理的范围内,槽道的宽度越宽、深度越深、出口位置在近失速工况的分离点前和出口射流角度25°左右时扩稳效果最好,但性能损失与扩稳效果负相关;开槽射流实现扩稳的原因是:槽道入口对压力面前缘低速流团的抽吸作用、出口射流对吸力面尾缘分离的吹除作用以及减小叶尖间隙内的泄漏。

摘要：为了揭示自循环机匣处理周向覆盖比例和喷嘴轴向位置对扩稳效果的影响规律,在固定引气位置于叶顶阻塞区域的前提下,设计了6个不同周向覆盖比例和4个不同喷嘴轴向位置的自循环机匣处理结构,并以一个高亚声速轴流压气机转子为研究对象进行了数值模拟。结果表明:随着周向覆盖比例增大,压气机的综合稳定裕度先增大后减小,峰值效率则单调降低,综合稳定裕度改进量最大的周向覆盖比例为90%,兼顾扩稳效果和效率损失的最佳周向覆盖比例为30%。随着喷嘴位置由叶顶前缘沿轴向逐渐前移,压气机的扩稳效果变化不大,但效率有所提升,而且喷嘴位置越往前移,效率提升越多。