侧壁多孔射流压比对稳态总压畸变模拟的影响规律

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作者 张冬晨 项效镕 +3 位作者 刘翼腾 任三群 赵巍 赵庆军 《推进技术》 北大核心 2025年第5期265-277,共13页

针对发动机地面与高空模拟试验中不同形式总压畸变在线模拟的需求,采用数值仿真方法,研究了侧壁多孔射流畸变模拟器不同射流压比下肾形反旋涡对的沿程演变规律,以及其对总压畸变分布与畸变指数的影响机制。同时,提出了一种总压畸变图谱... 针对发动机地面与高空模拟试验中不同形式总压畸变在线模拟的需求,采用数值仿真方法,研究了侧壁多孔射流畸变模拟器不同射流压比下肾形反旋涡对的沿程演变规律,以及其对总压畸变分布与畸变指数的影响机制。同时,提出了一种总压畸变图谱特征参数牵引下的畸变模拟器侧壁单孔/双孔射流周向组合排布与压比调控方法,在总压恢复系数基本维持不变的情况下总压畸变指数模拟相对偏差可控制在5%以内。研究结果表明,侧壁单孔射流所致肾形反旋涡对与射流柱的沿程掺混直接影响总压损失分布特征,低压区穿透深度、尺寸大小均随射流压比增大而增加但增速趋缓;双孔射流夹角与射流压比单调影响两组反旋涡对的3种形态,低压区穿透深度、尺寸大小均随射流压比增大而增加,但随射流夹角的变化同反旋涡对的3种形态密切相关;单孔与双孔射流下总压畸变指数随射流压比先增后减,且随着射流夹角增加畸变指数变化拐点所对应的射流压比逐步增大。 展开更多

关键词 畸变模拟 稳态畸变 射流 肾形涡结构 总压分布 畸变指数

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液氧电动屏蔽泵预冷流动换热与调控方法

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作者 陆冠熙 张秉龙 +3 位作者 杨学森 项效镕 赵巍 赵庆军 《火箭推进》 北大核心 2025年第2期41-51,共11页

为了探究液氧电动屏蔽泵预冷过程中流动换热特性,建立液氧电动屏蔽泵流动换热模型,搭建低温介质预冷试验台,对液氧电动屏蔽泵预冷过程换热与流动特性开展数值模拟和试验研究。结果表明,电动屏蔽泵预冷时间主要受预冷介质流量、温度、压... 为了探究液氧电动屏蔽泵预冷过程中流动换热特性,建立液氧电动屏蔽泵流动换热模型,搭建低温介质预冷试验台,对液氧电动屏蔽泵预冷过程换热与流动特性开展数值模拟和试验研究。结果表明,电动屏蔽泵预冷时间主要受预冷介质流量、温度、压力影响。在预冷过程中,电机壁面预冷相对于泵体壁面更为困难,在排放预冷时应尽量采用较大流量进行预冷,以确保电机预冷效果。介质在电机流域的流动方式受预冷过程中泵内部压力变化发生改变,此变化会影响介质流动速率,从而影响介质与泵体换热;气化区域主要集中在电机两轴承间转子外壁面段以及泵后腔室处,受预冷流动方式影响气化介质对泵内流动影响显著;通过适当增大预冷流量,可以增大泵后腔室压力,从而有效提高电机流域介质流速,提高预冷效率,避免预冷介质过度消耗。 展开更多

关键词 电动屏蔽泵 排放预冷 数值计算 流场分析 流固换热

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离心喷嘴液膜形态与液膜破碎机制试验研究

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作者 方传宇 王少林 +8 位作者 王凯兴 刘舆帅 刘富强 杨金虎 曹程 刘存喜 穆勇 徐纲 朱俊强 《力学学报》 北大核心 2025年第2期388-398,共11页

离心喷嘴由于其具有简单可靠的结构以及优异的雾化性能,被广泛应用于航空发动机燃烧室喷嘴.离心喷嘴的性能一定程度上决定了燃烧室的燃烧稳定性能,燃烧组织性能和排放特性.文章采用高速阴影成像技术和相位多普勒粒子测速仪(PDPA)对比研... 离心喷嘴由于其具有简单可靠的结构以及优异的雾化性能,被广泛应用于航空发动机燃烧室喷嘴.离心喷嘴的性能一定程度上决定了燃烧室的燃烧稳定性能,燃烧组织性能和排放特性.文章采用高速阴影成像技术和相位多普勒粒子测速仪(PDPA)对比研究了喷注压力对于离心喷嘴流量系数、喷雾锥角、液膜形态、破碎模式以及粒径分布的影响,系统分析离心喷嘴液膜形态、液膜破碎机制和雾化特性,并使用本征正交分解(POD)方法识别出不同液膜形态下的主要和次要的破碎模式,建立了离心喷嘴液膜形态与雾化特性之间的对应关系,支撑了离心喷嘴雾化性能优化研究.结果发现,随着喷注压力的增大,流量系数和喷雾锥角呈现出先增大后减小的趋势;喷注压力通过改变液膜的液体韦伯数(We)从而改变液膜形态.随着We的增加,液膜的破碎位置逐渐向喷嘴出口处移动,破碎距离逐渐减小,并使得离心喷嘴下游液滴的径向速度增大,大粒径液滴向两侧运动,导致雾锥中心的索太尔平均直径(SMD)迅速下降;离心喷嘴不同的液膜形态包含多种液膜破碎模式,并随着We数增加而演化:随着We数的增加,液膜的主要破碎模式依次为撞击破碎、表面波破碎、穿孔破碎以及湍流破碎,且这4种破碎模式的表面波频率依次增大. 展开更多

关键词 相位多普勒粒子测速仪 高速阴影成像 本征正交分解 液体韦伯数

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周向畸变进气下轴流压气机的失稳预报方法研究

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作者 范忠岗 刘洋 +2 位作者 巴顿 张敏 杜娟 《推进技术》 北大核心 2025年第4期104-112,共9页

为了提高预报方法的可靠性,在低速轴流压气机上针对周向畸变下的失稳机理和预报方法进行了实验研究,其中畸变进气条件通过畸变板产生,并通过在转子叶顶布置的动态压力传感器测量非定常压力信号,运用自相关分析对其进行处理,提出了以自... 为了提高预报方法的可靠性,在低速轴流压气机上针对周向畸变下的失稳机理和预报方法进行了实验研究,其中畸变进气条件通过畸变板产生,并通过在转子叶顶布置的动态压力传感器测量非定常压力信号,运用自相关分析对其进行处理,提出了以自相关系数变化幅度修正阈值的预报方法。分析结果表明,在周向畸变进气条件下,畸变区中心来流攻角增加,叶顶泄漏流非定常波动诱发的扰动加剧,且流场整体扰动随畸变强度的增加而增加。在连续节流过程中,畸变区自相关系数变化幅度大于非畸变区,传统固定阈值的预报方法无法兼顾这两种状态,通过实施可变阈值,在不同畸变强度和不同周向位置均实现提前预报。 展开更多

关键词 轴流压气机 失稳预报 自相关分析 周向畸变 可变阈值 叶顶泄漏流

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基于浸入与不变方法的航空发动机输出反馈控制

5

作者 洪兴奎 曹冠真 +1 位作者 谭湘敏 秦绍坤 《热力透平》 2025年第1期1-7,共7页

航空发动机状态反馈控制器的设计要求中,转速、推力等状态信息可测,但实际工程中却存在状态信息不可测和模型参数不确定的情形。基于浸入与不变方法,提出了一种航空发动机输出反馈自适应控制方法,该方法包含一个浸入与不变参数估计器、... 航空发动机状态反馈控制器的设计要求中,转速、推力等状态信息可测,但实际工程中却存在状态信息不可测和模型参数不确定的情形。基于浸入与不变方法,提出了一种航空发动机输出反馈自适应控制方法,该方法包含一个浸入与不变参数估计器、一个浸入与不变状态观测器和一个输出反馈反步控制器。首先,利用估计的模型参数,设计浸入与不变观测器来观测未知状态;然后,利用模型输出结果和观测到的状态,设计浸入与不变自适应参数估计器,以估计模型参数;最后,结合模型输出结果、状态观测结果和参数估计信息,设计输出反馈反步控制器,实现航空发动机给定输入指令的跟踪控制。利用Lyapunov理论证明了闭环系统的稳定性,并基于T-MATS航空发动机非线性仿真平台,验证了所提出方法的有效性。研究成果可为航空发动机输出反馈自适应控制提供参考。 展开更多

关键词 航空发动机 输出反馈 浸入与不变 自适应控制 非线性系统

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基于Damköhler数的支板稳定器贫油熄火分析方法研究

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作者 赵庆军 贾鑫 +3 位作者 胡斌 石强 雒伟伟 赵巍 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期105-114,共10页

稳定器的贫油熄火边界预测对于燃烧室的设计具有重要意义。本文开展了支板稳定器的贫油熄火试验,得到了来流温度473~623 K,空气流速在60~130 m/s下的贫油熄火边界。通过数值模拟得到燃烧室的反应场和流场分布,分析了近熄火和稳定燃烧工... 稳定器的贫油熄火边界预测对于燃烧室的设计具有重要意义。本文开展了支板稳定器的贫油熄火试验,得到了来流温度473~623 K,空气流速在60~130 m/s下的贫油熄火边界。通过数值模拟得到燃烧室的反应场和流场分布,分析了近熄火和稳定燃烧工况时Damköhler数的分布特性。结果表明,流动时间尺度在不同燃油流量下变化不大,化学时间尺度随燃油流量的降低而增大,在近熄火时,Damköhler数大于1的区域为两条明显的带状分布,仅在剪切层保持较高水平,回流区难以加热剪切层的新鲜混气,导致最终熄火;基于CO质量分数确定的关键反应区与实际火焰具有较好的一致性。不同熄火工况下反应区内的平均Damköhler数在1左右波动,最大误差22%,证明基于Damköhler数的贫油熄火分析方法能够揭示贫熄特征,为解决实际熄火预测提供基础。 展开更多

关键词 燃烧室 支板稳定器 贫油熄火 关键反应区 剪切层

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随机加工偏差下前缘超差对高亚声速叶栅性能一致性影响

7

作者 高丽敏 杨光 +2 位作者 王浩浩 但玥 涂盼盼 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第10期109-118,共10页

针对叶片实际加工前缘易超差,但叶片其他区域满足加工容差的情况,本文构建了耦合前缘超差的叶型全弧长范围内带有随机轮廓加工偏差的数学模型,并通过基于稀疏网格的非嵌入混沌多项式方法,研究了加工偏差不确定性对高亚声速扩压叶栅气动... 针对叶片实际加工前缘易超差,但叶片其他区域满足加工容差的情况,本文构建了耦合前缘超差的叶型全弧长范围内带有随机轮廓加工偏差的数学模型,并通过基于稀疏网格的非嵌入混沌多项式方法,研究了加工偏差不确定性对高亚声速扩压叶栅气动性能一致性的影响。结果显示,在设计攻角下,叶型损失系数和静压比的一致性最高;在较大正攻角下,叶型性能参数一致性最低。造成性能一致性低的原因为前缘超差导致叶型前缘边界层内流动损失的平均水平和波动程度增大。当以设计叶型损失系数为±5%作为衡量标准时,在设计攻角和较大正攻角下,叶型性能一致性概率分别为99%和79.4%,此时因叶片几何轮廓不符合容差而舍弃叶片会导致较高的误判率。 展开更多

关键词 前缘 加工误差 不确定性量化 一致性 压气机叶栅

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刷衬-篦齿密封泄漏流动特性数值模拟研究 被引量：1

8

作者 顾超 马英群 +3 位作者 刘翼腾 杨学森 赵巍 赵庆军 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期88-101,共14页

为进一步提高空气涡轮火箭发动机(Air-Turbo Rocket Engine,ATR)在高封严压差下的密封性能,同时避免接触式刷式密封摩擦升热问题,建立了刷衬-篦齿密封结构和数值模型,在已有刷束泄漏流动实验数据验证模型准确性的基础上,计算了刷衬-篦... 为进一步提高空气涡轮火箭发动机(Air-Turbo Rocket Engine,ATR)在高封严压差下的密封性能,同时避免接触式刷式密封摩擦升热问题,建立了刷衬-篦齿密封结构和数值模型,在已有刷束泄漏流动实验数据验证模型准确性的基础上,计算了刷衬-篦齿密封不同结构参数下的流场、压力分布和泄漏流量,分析了刷衬-篦齿密封各主要结构参数对密封性能的影响,结合参数与泄漏流量之间的关系,改进了刷衬-篦齿密封的结构。结果表明,刷衬-篦齿密封泄漏的主要来源为篦齿与刷束之间间隙的“透气效应”,减小篦齿与刷衬之间的间隙、刷丝直径、刷丝自由高度可不同程度地减小泄漏率;而减少齿数、刷束厚度、齿顶宽度、篦齿间距、刷束密度等参数则导致泄漏的增加,其中篦齿与刷衬之间零间隙泄漏率约为间隙0.3 mm时的23%;改进后的刷衬-篦齿密封泄漏率较原刷衬-篦齿密封低8.9%,密封性能得到进一步改善。 展开更多

关键词 ATR发动机 刷衬-篦齿密封 流场分析 涡流耗散 密封结构改进

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预混煤油/空气两相旋转爆轰传播特性数值研究 被引量：1

9

作者 刘秋月 王放 +1 位作者 翁春生 赵庆军 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期113-123,共11页

为研究预混煤油/空气两相旋转爆轰波的传播特性,以煤油蒸气/液滴为燃料,空气为氧化剂,开展了二维旋转爆轰过程的数值模拟计算,研究了气态燃料当量比和液滴直径对气液两相旋转爆轰过程中流场结构、胞格形状和数目、爆轰分数以及传播速度... 为研究预混煤油/空气两相旋转爆轰波的传播特性,以煤油蒸气/液滴为燃料,空气为氧化剂,开展了二维旋转爆轰过程的数值模拟计算,研究了气态燃料当量比和液滴直径对气液两相旋转爆轰过程中流场结构、胞格形状和数目、爆轰分数以及传播速度等特征的影响。结果表明:较高的气态燃料当量比和较小的液滴直径有利于旋转爆轰波的成功传播。气态燃料当量比为0.83时,可起爆的液滴直径增大至40μm。研究发现,爆轰波成功起爆的前提下,提高气态燃料当量比或减小液滴直径均利于胞格数目的增多和平均尺寸的减小,胞格数目为5.0~6.7,低于5.0爆轰波将无法维持传播;燃料的爆轰分数与气态燃料当量比和液滴直径有关,提高气态燃料当量比或减小液滴直径均促进燃料的爆轰分数以及爆轰波传播速度的提高,爆轰分数最高可达94.9%,爆轰波的传播速度为1 638.34~1 777.62 m/s,速度亏损在13%以内。 展开更多

关键词 旋转爆轰波 气态燃料当量比 两相爆轰 传播特性 数值仿真

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高弹性刷式密封刷丝轴向变形规律流固耦合研究 被引量：1

10

作者 孙绮蓬 马英群 +3 位作者 张秉龙 曾文 赵巍 赵庆军 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期213-226,共14页

为探究刷丝弹性模量对刷式密封轴向变形影响规律,基于任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrange-Euler,ALE)显式动力学流固耦合方法,计算对比了新型高弹性材料刷丝SOFN和传统材料刷丝GH605在相同的刷式密封结构下、不同压差下的泄漏特性、... 为探究刷丝弹性模量对刷式密封轴向变形影响规律,基于任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrange-Euler,ALE)显式动力学流固耦合方法,计算对比了新型高弹性材料刷丝SOFN和传统材料刷丝GH605在相同的刷式密封结构下、不同压差下的泄漏特性、轴向总体变形、刷丝自由端轴向变形与扰动以及不同弹性模量的理想刷丝轴向变形规律。得出结论:在不同压差下刷丝材料为SOFN的刷式密封和材料为GH605的刷封的泄漏量基本一致;在高压差条件下,GH605前排刷丝出现逆轴向大变形导致刷丝分离引起密封失效;SOFN刷丝比GH605刷丝有更小的轴向弯曲变形与轴向扰动,在0.2 MPa,0.4 MPa,0.6 MPa压降下轴向变形量最大降低了3.5%,2.7%和2%;轴向扰动量最大降低了37%,24%和32%。存在一个最佳的弹性模量范围,使刷丝的变形量最小。验证了SOFN刷丝有更高的承压能力,有效提高刷式密封性能。 展开更多

关键词 刷式密封 弹性模量 轴向变形 ALE流固耦合 高弹性刷丝

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基于Damköhler数的蒸发式值班火焰稳定器贫熄边界分析方法研究

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作者 刘晴 胡斌 +3 位作者 赵巍 石强 曾文 赵庆军 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期97-107,共11页

为探究蒸发式火焰稳定器的贫油熄火性能的分析方法,在来流温度为400~640 K,尾流速度为85~153 m/s条件下,以蒸发式火焰稳定器为研究对象,开展了贫油熄火试验与数值模拟计算,得出了蒸发式火焰稳定器不同工况下的全局和局部Damköhler... 为探究蒸发式火焰稳定器的贫油熄火性能的分析方法,在来流温度为400~640 K,尾流速度为85~153 m/s条件下,以蒸发式火焰稳定器为研究对象,开展了贫油熄火试验与数值模拟计算,得出了蒸发式火焰稳定器不同工况下的全局和局部Damköhler数(Da)分布特性。研究结果表明:(1)随着火焰稳定器尾缘速度增加,熄火油气比在高来流温度时呈现单调递增的趋势,而低来流温度时则呈现先减小再增加的趋势;随着来流温度的升高,熄火油气比减小。(2)随着燃油流量的增加,高局部流动时间和低局部化学时间区域均沿轴向变长。高Da区域主要集中在火焰稳定器剪切层附近,随着燃油流量的增加,高Da区域逐渐合并。(3)关键反应区内的全局流动时间随尾缘速度增加而缩短,随温度的升高而延长;关键反应区内的全局化学时间随尾缘速度增加而呈现先缩短后延长的趋势,随着来流温度升高呈现单调缩短的趋势。(4)不同熄火点工况下关键反应区内的Da在1左右,表明该方法可以对蒸发式火焰稳定器贫油熄火进行预测,并在不同来流工况具有一定的普适性。 展开更多

关键词 宽域吸气式发动机 蒸发式火焰稳定器 贫油熄火 Damköhler数 关键反应区

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跨音速风扇转子冰撞击损伤规律及抗冰 撞击改进设计研究

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作者 邢怀程 徐强仁 +3 位作者 王立志 李广超 赵巍 赵庆军 《装备环境工程》 CAS 2024年第8期96-110,共15页

目的揭示脱落冰形状、运动轨迹和姿态对航空发动机风扇转子叶片的撞击损伤规律,增强叶片的抗冰撞击能力。方法采用LS-DYNA进行数值模拟,开展脱落冰与叶片的撞击过程和叶型改进设计研究。结果叶片的撞击损伤程度受脱落冰结构强度的影响,... 目的揭示脱落冰形状、运动轨迹和姿态对航空发动机风扇转子叶片的撞击损伤规律,增强叶片的抗冰撞击能力。方法采用LS-DYNA进行数值模拟,开展脱落冰与叶片的撞击过程和叶型改进设计研究。结果叶片的撞击损伤程度受脱落冰结构强度的影响,在同样的撞击条件下,叶片受球体冰撞击损伤最严重,而受片体冰撞击损伤最轻。叶片的损伤程度由叶片和脱落冰之间的相对速度和叶片切割冰块的质量共同决定,叶片切割脱落冰的质量越大,塑性变形越严重。当脱落冰入射角为45°时,叶片损伤最严重,对叶片的最大撞击力为17828 N,最大内能达到126 J;当冰片从原始姿态绕y轴旋转90°时,对叶片前缘的撞击载荷最大,叶片塑性变形最严重。改进后,叶片受沿45°入射角脱落冰撞击后最大内能减小16%,失速裕度提高16.2%,峰值效率提高0.33%。结论跨音速风扇转子撞击损伤位置在前缘附近,增大叶片进口几何角和局部厚度能显著提高叶片抗冰撞击能力。 展开更多

关键词 航空发动机 跨音速 风扇叶片 脱落冰 损伤规律 改进设计

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基于浸入与不变方法的航空发动机自适应控制

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作者 秦绍坤 谭湘敏 +2 位作者 胡春艳 徐含灵 韩博 《热力透平》 2024年第3期145-152,共8页

针对航空发动机存在时变和不确定性的典型特点,运用输入状态反馈线性化的方法对航空发动机典型工作点的仿射模型进行了标准化,基于标准化后的模型提出了一种基于反步法和浸入与不变自适应方法的跟踪控制器,并对闭环系统的稳定性进行了... 针对航空发动机存在时变和不确定性的典型特点,运用输入状态反馈线性化的方法对航空发动机典型工作点的仿射模型进行了标准化,基于标准化后的模型提出了一种基于反步法和浸入与不变自适应方法的跟踪控制器,并对闭环系统的稳定性进行了证明。仿真结果表明,在不确定性、干扰和模型参数突变的情况下,该方法具有较好的控制性能。研究结果可以为航空发动机自适应控制提供参考。 展开更多

关键词 航空发动机 浸入与不变 反步法 自适应控制

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无导叶对转涡轮动叶轴向间隙对高压叶顶泄漏流级间发展规律影响

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作者 董甜甜 赵巍 +3 位作者 隋秀明 浦健 雒伟伟 赵庆军 《航空发动机》 2025年第2期75-83,共9页

为阐明无导叶对转涡轮(VCRT)不同动叶轴向间隙(ASR)下高压(HP)叶顶泄漏流(TLF)的级间流动规律及其对低压(LP)叶顶区域流场的影响,对高负荷跨声速无导叶对转涡轮进行了非定常数值模拟,分析并比较了不同ASR下高压和低压叶顶区域气动参数... 为阐明无导叶对转涡轮(VCRT)不同动叶轴向间隙(ASR)下高压(HP)叶顶泄漏流(TLF)的级间流动规律及其对低压(LP)叶顶区域流场的影响,对高负荷跨声速无导叶对转涡轮进行了非定常数值模拟,分析并比较了不同ASR下高压和低压叶顶区域气动参数和流场特征的变化。结果表明:当ASR为高压动叶叶顶轴向弦长(C_(ax))的20%~50%时,级间过渡段的较大扩张率使得高压叶顶泄漏流向级间端壁迁移汇聚,引起堵塞,导致高压叶顶泄漏流级间速度的周向分量较大、气动损失较高。此外,更多的高压叶顶泄漏流有助于形成更强的低压上通道涡(UPV),增加其强度和损失,从而在叶顶区域造成更大的总气动损失。当ASR增加到50%~75%C_(ax)时,级间过渡段扩张率降低,显著减少了高压叶顶泄漏流向级间端壁的迁移。高压叶顶泄漏流不再被阻塞,其级间耗散加速,从而降低了损耗。同时,高压叶顶泄漏流在形成低压上通道涡中的参与减少导致高压叶顶泄漏流的强度及其在低压通道中的输运损耗增加,以及低压上通道涡的强度和损耗降低。因此,叶顶区域的总气动损失逐渐减小。当ASR进一步增加到75%~100%C_(ax)时,高压叶顶泄漏流的级间输运距离增加,加速了其级间耗散并降低了损耗。高压叶顶泄漏流在低压通道中的强度和输运损失也降低了。同时,有助于形成低压上通道涡的高压叶顶泄漏流进一步减少,导致低压上通道涡强度和损失降低。因此,叶顶区域的总气动损失进一步减少。当ASR进一步增加到100%~150%C_(ax)时,除了高压叶顶泄漏流的级间输运损失增加外,叶顶区域流场几乎没有变化。因此,存在最佳ASR使高压叶顶间隙泄漏流气动损失最小,此时级间过渡段扩张角约为10°。 展开更多

关键词 无导叶对转涡轮 动叶轴向间隙 非定常 高压叶顶泄漏流 级间流动

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