非定常计算上执行一个单级低旁路比航空发动机高压涡轮。高压涡轮的详细参数表中列出 1。

空气动力学研究的励磁的可变几何涡轮,涡轮的喉咙区域通过调整叶片交错角的变化来控制涡轮的流量不同飞行阶段的要求。变量叶片后缘旋转叶片配置文件,如图 1。叶片被命名为关闭时喉咙面积较大的叶片降低叶片转动角度,反之亦然,相应的喉咙区域标识图 1。在这项研究中,六个叶片交错角度对应于六叶片喉咙职位调查区域,即。、设计叶片条件(0°),关闭叶片条件(2°;5°),和开放的叶片条件(+ 2°,+ 5°,+ 10°)。值得注意的是叶片和端壁之间的差距不是模仿在这项研究中,并在叶片端壁间隙的影响将被包含在未来的工作。

非定常模拟VGT执行压力四个total-to-static比率为每个叶片交错角位置;total-to-static压力比率,即低(1.56),中等(2.25),名义(3.41),(4.50)高膨胀比的条件。VGT的操作条件,包括程度的反应( Ω),加载阶段因子( Δ H / U 2 )和流量系数( C _一个 / U)与公称压力比表中列出 2。

域扩展方法来满足需求的周期性边界条件。叶片数量调整从27日至28日叶片轮廓。因此,域的研究可以简化为1/28环一转子叶片和三个章节组成。计算域的示意图如图 2。

域的入口被放置在一个 C _ax,年代上游的叶片平面,出口部分我扩展到3.5 C _{ax, R}下游转子TE,下标0和2部分,分别。

Pressure-inlet边界条件与总压力分布以及知识给出伴随着总压强,和自由流湍流强度设置为10%。应用平均静压考虑径向平衡出口边界,上面列出的值。采用绝热防滑涂层壁条件在叶片表面和侧壁上。采用旋转周期性圆周方向。

三维非定常计算是由软件ANSYS 17.0只。交通(SST) k -剪切应力 ω模型选择湍流模型的稳态仿真由于其优越性在旋转涡轮机械的精确模拟( 16]。随后,放弃稳态解作为初始值不稳定的模拟。由于流结构的复杂性和不稳定的互动,跑/ LES Scale-Adaptive混合模型方法模拟(SAS) ( 17, 18采用非稳态模拟。讨论了数值方法的详细描述在我们以前的工作( 19]。

中国只Turbo-Grid用于生成结构化网格计算;叶片流路径H-O-H网格。的3 d视图网格如图 3。

网格独立性检查是由非定常模拟设计(0°)叶片在高压力比条件不同网格大小从1.2到740万个节点。网格独立性检验的结果如图所示 4。

Total-to-total涡轮效率( η T )和全球压力波动强度( R 米 年代 t o t 一个 l )改变与增加网格数量显著图 4。集成的RMS值波动压力计算沿叶片测量全球压力波动强度; R 米 年代 t o t 一个 l 被定义为 (1) R 米 年代 t o t 一个 l = ∫ 一个 r c ∑ 我 = 1 米 p 我 ′ 2 d 年代 米 ∫ 一个 r c d 年代 ,

建议的网格独立预测涡轮效率可以满意500万网格节点。预测的 R 米 年代 t o t 一个 l 几乎保持不变,当网格大小超出330万。500万网格节点的网格是最后选择研究VGT的空气动力荷载。

实验数据的跨声速高压涡轮在文献[ 20.)是用于验证CFD模型的准确性。详细检查了我们之前的文献[ 19),结果呈现在图 5(一个)。建议两个不稳定风场与SAS SST模型可以捕捉激波边界层的高原压力模式交互(SWBLI)地区,但SAS SST模型的预测更加准确。

考虑到本文专注于不稳定作用,SAS海温与巨蜥SST的比较不稳定压力波动图给出 5 (b)。图 5 (b)表明,两个模型的结果吻合较好一般来说,尤其是对于整体的压力波动和压力振幅1带通滤波器。所以在本文中,采用SAS SST模型预测励磁的转子叶片VGT的不稳定压力。

转子叶片的现象学识别和分类作用的帮助下建立了时空的情节设计叶片的转子叶片的压力波动情况。分析叶片交错角变化对压力波动的影响事件和转子叶片表面的振幅,规范化的压力波动的时空图5°,+ 5°叶片在名义total-to-static压力比条件( P t 0 / P 年代 2 = 3.41)存在如图 9。

它是观察图 9(一个),压力波动分布在封闭中跨叶片情况类似于0°叶片位置如图 6 (b)。建议在表 2反应的程度在5°叶片条件较低,表明高在定子的扩张通道和低在转子通道的扩张。叶片出口马赫数增加在5°叶片条件,导致叶片TE走强冲击力量。压力波动的振幅峰值S-SS在前面吸力面与0°叶片条件,但长度的波动水平高的地区转子LE大大降低。然而,压力波动幅度和范围的相关峰值激波反射SR-PS,来自邻近的吸力面侧的压力,显著放大,压力波动峰值的大小SR-PS相当正确的运行的直接影响叶片S-SS TE冲击。这是由于流入发病率的变化和冲击强度。反映冲击影响着压力方面,反映了向船尾周边转子叶片吸力面;相关的压力波动峰值显著SRR-SS时空阴谋。由于低程度的反应在5°叶片状态,转子出口马赫数只有0.62。这就解释了为什么没有压力波动峰值与转子TE冲击后观察到的转子叶片。

图 9 (b)表明,压力波动的振幅在+ 5°叶片吸力面条件相比显著降低0°和5°叶片条件名义膨胀率。由于低膨胀率在叶片通道+ 5°叶片更大程度的反应条件,叶片出口马赫数较低,表明叶片的影响相关的非定常激励TE冲击相对较低。压力波动振幅相关事件的影响和反映冲击+ 5°叶片条件与亚音速情况下在0°叶片位置如图 6(一)。

同时左跑步激波的影响更加突出在+ 5°叶片条件由于改变了波反射角度。反射激波运行影响着转子吸力面,和指定的压力峰值 年代 l r遵循它的路径。它反映了对相邻叶片表面的压力,压力波动峰值相对应 年代 l RR-PS尾部压力面。反应的程度在+ 5°叶片条件大约是0.42,这意味着在转子通道很大的扩张。表中可以看到 2转子出口马赫数的跨声速,这导致了高压力波动水平地区叫S2-SS后方吸力面。

左派和右派的传播和反射跑步腿的叶片TE冲击导致的复杂分布的转子叶片表面非定常压力+ 5°叶片条件。更多类似的压力变形事件存在每个叶片通过振幅较低的时期。有显著差异的亚音速情况下在0°叶片条件,尽管振幅相当。

从图可以得出结论 9压力波动的变化模式在不同叶片交错角主要受叶片出口马赫数的影响。关闭叶片的条件下,叶片出口马赫数增加叶片通道的大膨胀率,和开放的亦然叶片条件。流的变化在转子通道的扩张也会增加总体差异。变异发生率的影响非常小。

预测压力波动振幅水平中跨六叶片转子叶片的位置如图 10,归一化的整体压力波动RMS和前三次谐波叶片通过频率,分别。讨论图 10从RMS的压力波动的分析( p '在时间域。压力峰值的LE转子叶片主要是相关的直接影响叶片TE冲击。关闭叶片的条件下,叶片出口马赫数的增加会导致更强的叶片TE冲击和压力波动的振幅转子LE略有增加。的范围从转子叶片TE冲击清洁工吸力面皇冠的LE减少叶片关闭条件。这表明压力波动水平的原因在前面吸入端对应S-SS降低叶片关闭条件。然而,由于增加反射激波的强度在转子压力方面,大部分的压力波动水平侧压力放大。叶片出口马赫数增加而增加叶片转动角度叶片关闭条件下,表所示 2。

+ 2°和+ 5°叶片条件下,叶片出口跨声速流动。压力的振幅峰值减少由于叶片TE冲击强度减弱。

+ 10°叶片条件下,叶片出口亚音速流态,在转子叶片和压力波动水平明显低于其他条件。然而,高压力波动的峰值是观察到后方吸力面和压力面由于转子TE的跨声速流动。

建议VGT的空气动力荷载主要是相关的传播和反射的影响叶片TE冲击叶片通道。叶片TE冲击强度的变化在不同的叶片交错角导致的不同模式和振幅对转子叶片表面非定常压力。此外,由于转子TE冲击压力波动增加了整体气动励磁的转子叶片。

分布的有效压力波动的振幅值1带通滤波器( p 1 ′ )是在良好的协议与整体压力波动的压力面和吸力面后方所有叶片的转子叶片的条件。也可以验证在时空的阴谋,因为只有一个压力变形事件观察到这些位置。明显的区别是观察到转子吸力面面前,压力波动的振幅水平更高的谐波更突出。更高的谐波振幅峰值在转子叶片是由多个压力畸变引起的事件发生先后每片传递。可视化,压力波动峰在0.2左右 C 一个 x , R 的吸力面非常高在0°±2°叶片条件,其中振幅是大约6%的舞台入口总压。这个峰值对应的连续经历反映了运行冲击和运行冲击波撞击在每个叶片吸力面传递。在关闭叶片条件,2°和5°,二次谐波存在的压力波动的峰值压力面;这个峰值与激波反射越强。的振幅峰值压力增加而增加叶片的尖角。

三次谐波振幅峰值在0°叶片在转子前吸力面条件是显而易见的。然而,高峰值轻微,其他叶片的条件。

评估的相对强度的压力波动事件在频域,这是连接到1带通滤波器和高次谐波,傅里叶变换得到不稳定的压力场在时间中跨的叶片表面。全球测量压力波动在一个特定的带通滤波器在定义跨位置定义如下: (2) R 米 年代 n = ∫ 一个 r c p n - - - - - - 一个 米 p ′ 2 d 年代 2 ∫ 一个 r c d 年代

压力波动在一个特定的带通滤波器 R 米 年代 n 是归一化在舞台入口总压。

归一化压力波动强度的总体和前三个带通滤波器六叶片交错角四total-to-static压力比例绘制在图 11。

所有叶片的条件下,压力激励水平低膨胀率在同一数量级由于在叶片出口亚音速政权,和波动强度更高的谐波可以忽略不计,这揭示了压力波动引起的叶片势场和后主要集中在第一叶片通过频率。

设计和关闭叶片条件,总体压力波动时域RMS水平压力比增加而增加,压力波动水平名义和高膨胀率几乎是三倍的低膨胀率的条件。规范化的压力波动RMS的名义和高压比例几乎是相同的。变化的总体压力波动RMS水平和设计叶片关闭条件并不明显。

趋势的压力波动RMS的带通滤波器类似于总体RMS,尽管幅度略低。压力波动的倍数带通滤波器越来越突出;它是观察图 11在二次谐波,压力波动的名义和高膨胀比条件相同的数量级与压力波动的总体RMS中低膨胀比的条件。第二个和第三个带通滤波器的谐波的强度增加而增加压力比设计和叶片关闭条件。

开放的+ 5°和+ 10°叶片条件,压力波动水平不断几乎在所有模拟压力比条件相对较低的水平。压力波动对波动主要属性相关的第一个带通滤波器,以及激励的水平更高的谐波可以忽略不计。

开放的+ 2°叶片条件、压力波动的趋势RMS的压力比类似于封闭和叶片设计条件。二次谐波的压力波动水平高于名义和关闭叶片设计条件和高膨胀比,这是显示在图 10。

基于连接转子叶片表面的压力波动和扭曲在中跨转子通道,流动变化的压力波动为主要目的的VGT的调查。压力波动分布在5%和95%跨地点选择。一方面,叶片出口马赫数减少从中心到提示;另一方面,复杂的端壁附近的二次流和旋涡的结构区域空气动力激励,可能会增加。讨论由转子叶片表面的压力波动变化分析的基础上设计叶片条件名义压力比图 12。

设计叶片条件名义膨胀比,压力波动事件在中跨中心都观察到,虽然波动幅度和范围略有改变。在中心区域,叶片TE冲击强度略高于中跨由于更高的叶片出口马赫数;然而叶片TE激波的范围移动的转子党卫军减少。由于增加冲击强度和转子的几何中心,压力波动的范围SR-PS峰值,对应于激波反射来自邻近的转子党卫军转子PS,放大,但强度会降低。与总体的分布压力波动和压力波动与带通滤波器的倍数图有关 (13日)分布的压力波动1带通滤波器与整体压力波动几乎是相同的。除了转子的LE吸力面,压力波动振幅在第二和第三谐波非常低。它表明主要的压力波动源于流量畸变与1带通滤波器的中心地区。

压力波动的情况下分布在中心地区封闭和开放+ 2°依照设计叶片叶片条件条件。开放的+ 5°和+ 10°叶片条件,压力波动幅度在第一次带通滤波器主要属性;压力波动幅度在更高的谐波是微不足道的,也就是在中跨的结论。

设计叶片顶端区域条件,可以看出非定常压力分布的不同于低跨职位。由于减少了冲击强度和叶片尖端区域更大的轴向间隙,冲击引起的压力波动,而弱前党卫军的转子叶片相比,较低的跨越。范围和压力波动幅度峰值S-SS尖地区较低。结合压力波动幅值的分布区域图 13 (b),我们可以看到相关的压力振幅直接影响叶片的TE冲击前党卫军的顺序相同大小的压力波动事件在船尾SS和PS。它也观察到二次谐波的压力波动峰值顺序相同的波动在1带通滤波器的LE吸力面,但高压的范围波动水平二次谐波较大相比第一个带通滤波器。在前面转子吸力面跨越95%,更多的压力波动事件出现每个叶片传递期间,导致在二次谐波高峰的压力波动。只有一个压力波动事件被认为在压力面和尾每个叶片转子叶片吸力面表面传递期间,如图所示 13 (b)在二次谐波,压力波动峰值低。

因此,得出的结论是,在前面的党卫军叶尖区域,压力波动对混合属性的第一次和第二次谐波的波动。关闭叶片的非定常压力特征条件顶端区域类似的设计条件,虽然压力波动的振幅更高由于出口马赫数顶端叶片出口的地区。

归一化压力波动总体RMS和前三个h在端壁区域六叶片交错角四total-to-static压力比例绘制在图 14。

规范化的趋势压力波动RMS和膨胀率在不同叶片交错角条件下中心和尖端区域中跨基本上是相同的。可视化,总体压力波动RMS顶端区域低相比低跨位置和RMS水平基本上是相同的在中跨和中心地区。然而,对RMS的压力波动1带通滤波器略减少从中心到沿着转子叶片尖端,冲击强度变化有关的知识。

基于Plancherel定理,全球压力波动能量1瘘占整体的82.6%压力波动能量设计叶片交错在名义上的膨胀率。然而,设计相应的比例在50%,95%跨叶片条件分别为61.1%和59.8%,分别。这表明压力波动能量更集中在第一个叶片通过频率比中跨中心区域。此外,波动能量更多的分发给更高的谐波在更高的跨越。