本文采用数值仿真方法研究了亚声速叶栅损失特性和流场结构在高空低雷诺数条件下的流动特点,获得了叶型损失系数和流场结构在不同雷诺数情况下的变化规律。结果表明:随着雷诺数降低,平面叶栅总压恢复系数分布以及叶栅尾迹区流动均发生剧烈的变化;随着雷诺数降低,零攻角与负攻角的吸力面尾缘分离区增大,且在20km时吸力面出现明显的分离涡;随着雷诺数的降低,分离涡逐渐后移。

将多维实验方法应用于平面叶栅正反向流动实验中,避免了单参数实验方法中的缺陷,大大提高了实验数据的可靠性.同时采用改进的BP神经网络技术,对气动性能实验数据进行分析.实验发现:低雷诺数下,翼型的流动状态很复杂,附着涡在确定翼型边界层行为和失速特性中起着重要作用.在反向流动中,翼型的吸力面常伴随有旋涡的流动,类似于薄翼流动,翼型在较小的迎角下就会发生薄翼失速.

对二维非定常可压缩粘性流体，雷诺时均Navie卜Stokes方程可写成如下积分形式: 式中， 为计算区域;a 为区域边界;Q为守恒变量;F为通量，包括无粘通量F1和粘性通量FV。计算域采用三角形单元离散，三角形的边作为控制体边界，物理量置于单元中心。对每个三角形控制体，方程(l)可写成:

文章采用CFD软件NUMECA对某新开发的静叶型线开展了平面叶栅气动性能计算研究,得到叶栅在设计工况下和变工况下的能量损失系数和出口气流角的变化规律,并将计算结果与平面叶栅空气动力学试验研究结合起来进行对比分析。从CFD计算结果和试验结果得出:两者的能量损失系数变化趋势基本吻合,该叶型设计工况下的能量损失系数较小,且应用的变工况范围较宽。另通过试验结果的对比显示该型线的能量损失系数较原始型线降低了约30%,是一种气动性能优良的静叶型线。

径流叶片扩压器的优化设计对提高离心风机的静压效率有重要作用。基于NACA65平面叶栅试验数据和叶栅保角变换方法,建立径流叶片扩压叶栅的气动设计方法,解决了径流叶栅气动设计中基准叶型的转换问题。通过对叶型的参数化和应用遗传算法的优化,可以进一步优化叶片安装角和局部型线,控制叶片表面的流动分布,降低叶栅总压损失和出口气流落后角,相关算例证明了本文方法的可行性。

为探索改善小角度进气条件下叶栅栅前流动周期性的试验控制方法,以某跨音速压气机平面叶栅试验件为研究对象,采用数值模拟方法研究了小角度进气条件下尾板偏移角度和端壁通道宽度对叶栅栅前周期性分布的影响。研究结果发现:叶栅在小角度进气时栅前周期性分布特性较差,调节下尾板角度对栅前周期性具有一定影响,调节上尾板对近端壁通道气流难以起到导流效果;采用全叶片式叶栅进气方案时,仅端壁附近流道的流动受到边界附面层影响,而中间测量通道内的周期性分布得到明显改善;改变近端壁两端通道宽度可以有效改善栅前流场周期性。

以NACA 65-1810压气机为研究对象,探讨了叶顶间隙对压气机流动特性的影响。在ICEM中建立结构化网格,针对不同叶顶间隙方案采用SST k-ε双方程湍流模型,对压气机流场进行了数值模拟,分析了叶顶间隙对压气机平面叶栅气动性能、泄漏涡流及平面叶栅性能的影响。结果显示,紧密间隙时会出现逆流现象;减小叶顶间隙不仅可以较好地抑制泄漏涡流,而且能够减小压力损失,从而提高平面叶栅的效率,改善压气机平面叶栅的性能。

随着叶轮机领域研究的深入,在非定常大分离区进行测试的要求开始提出.传统的三孔探针进行稳态测量,校准范围一般在±18°左右.在笔者进行的平面叶栅吹风试验中,由于试验工况的攻角比较大,测试位置靠近端壁,因此栅后不同点气流的角度变化很大.针对这种情况,笔者将三孔探针的校准范围扩大到了±50°,并对数据处理进行了合理的改进.