文摘

被动控制装置根据套管治疗已经显示出他们的能力来改善稳定轴流压缩机。然而,它们的优化仍然复杂由于部分对相关的物理机制的理解。为了定量评估槽之间的交互和叶尖流动,本文开发一种新颖的分析方法基于控制卷方法位于转子尖端区域。这种方法可以用于分析套管治疗基于阿喜,non-axisymmetric槽的设计。论文的第二个问题关注当前方法的应用程序,以便更好地理解阿喜,non-axisymmetric沟槽的影响在三个不同的轴流压缩机不同的流态(亚音速、跨音速)和光滑的外壳形状(圆柱/凹)。数值模拟执行,当前方法的结果比较有和没有套管治疗。

1。介绍

今天,它是强制性的压缩机设计师来提高性能的效率和操作范围以摊位在低质量流率。这个过程中遇到的主要困难之一是压缩机失速控制并不总是通过正常空气动力学的设计。因此停滞预防技术必须使用,和一个很有前景的技术带来巨大的稳定治疗提示重要压缩机转子外壳(CT) (1]。这个被动控制装置由槽内转子外壳和提供了各种类型的几何图形:环形槽(2- - - - - -9),non-axisymmetric slot-type CT (10- - - - - -14)和self-recirculating流动通道(15- - - - - -17),和蜂窝18]。海瑟薇(19)的研究提供了一个广泛的概述在过去的50年里,试图揭示背后的物理改善失速。

然而,这种理解还不完整因为实验测量套管附近地区的详细说明。此外,后处理计算结果几乎不使用2 d或3 d视图允许量化和在某些情况下会导致误解的流动机制。因此,CT设计要求分析方法需要处理对航空发动机设计者尽可能容易。在这种背景下,Shabbir和Adamczyk3]提出的方法基于一种稳定的预算分析轴向动量方程接近转子外壳。这种方法提供了进一步了解流动机制与压缩机稳定系统。事实上,他们的论文显示了定量确定的影响的方法是创新设计的套管附近流动和沿轴向槽的设计提供指导。Shabbir, Adamczyk方法是克制的知识变化的平衡稳定的轴向动量方程,而CT与主要的交互流强烈复杂的(立体的和不稳定),因此需要信息来自每个navier - stokes方程。

当前论文旨在进一步理解和定量诊断所诱导的CT等复杂流动机制。首先,本文描述了一个扩展Shabbir和Adamczyk模型(ESA)模型,计算的预算分析n - s组(联合国)稳定方程。然后,模型用于研究CT在三个不同的轴向压缩器引起的流动机制。这里的想法是有一个大型的测试范围,以研究CT和流态之间的相关性(亚音速和跨音速),CT和原来的光滑的墙(SW)几何(圆柱或圆锥),最后阿喜,non-axisymmetric CT的主要区别。基于3 d数值计算结果。为了理解这部小说的方法,控制卷分析以后有限的轴向动量方程。

2。流分析方法

2.1。方程

控制卷固定在时间和位于附近套管流保留。这将提供一个定量的理解相关流体与SW和CT配置相关机制。因此,平衡的各种术语出现在navier - stokes方程分析了基于有限体积公式。为简单起见,方程被认为是相对转子框架和圆柱坐标。利用散度定理,navier - stokes方程的积分形式可以写成: 在哪里,,的投影区域控制体积,体积恒定的控制领域,保守的变量,,,向量的发展所产生的对流和扩散通量单位体积的力量(通常叫源项)。这些向量是召回(2)。压力(2)包括粘性和雷诺应力。以同样的方式,热通量考虑热通量和焓的湍流扩散通量。上学期和雷诺应力都是近似的涡粘性模型:

2.2。数值解析

既然目标是了解各方面的平衡使用数值CFD结果,为非耦合的semidiscretised空间时间/空间集成制定(1)被认为是。这个过程对应于有限体积方法。对于一个人基本的六面体的细胞,这配方写如下: 在哪里指定面对边界单元,确切的数值近似通量(包括以下张量,,),外部(nonunit)正常的脸,数值模拟剩余的变量。

为了访问所有个人的信息条件,计算后处理工具了。由于体积不依赖于时间,源项可以直接决定使用(2)。关于时间导数项,选择确定这些条款在瞬间完成通过计算与数值模拟的残余在同一瞬间: 因此,只有对流通量计算(在这里订单集中詹姆逊计划(21]。

因为大多数CFD代码在笛卡儿坐标系求解navier - stokes方程,一个特定的治疗恢复的(2在圆柱坐标。为此,术语的通量本构(2)建立通过笛卡尔通量的预测到圆柱坐标系。这个策略,而不是应用圆柱形空间计划,允许以确保相同的数值模拟中残留的比笛卡尔方程。方程(5介绍了变换矩阵旋转一个角度在纵向方向(即)。方程(6)召回的预测从笛卡尔到圆柱坐标表达式面对区域,相对速度矢量,应力张量,热通量向量:

为了清晰,所使用的术语Shabbir和Adamczyk3选择]。操作员介绍和描述的通量平衡个体基本的细胞。例如,术语出现在轴向动量方程对应的交通轴向径向动力面临的一个基本的网格单元。

目标是了解各方面的平衡通过使用网格的网格数据。因此,很明显,控制卷保留基于这个网。结果,目前的方法是扩展到多个网格单元组成的一个控制体积。操作员介绍并实现累计金额每个网格单元。例如,不稳定的轴向动量方程可以写成: 在哪里和第二,分别对应人工耗散通量数值标量。这些已经被添加到二阶的方程由于使用集中詹姆逊计划(21在数值模拟)。因此,这部小说的量化方法允许人工耗散通量平衡的轴向动量方程。此外,它可以本地化区域和流动结构这些通量是活跃的。最后,注意每一项(7)是一个力均匀的单位体积([公斤·m⁻²·年代⁻¹])。

2.3。ESA的应用模型

2.3.1。在稳定的流动

在稳定流动问题,时间导数项零导致的平流和粘性通量平衡和力量/体积单位。在实践中,这种平衡的精度取决于数值剩余的价值。数值数据,它往往达到零收敛根据机器的精度。方程(3)可以简化如下:

2.3.2。不稳定流动

关于非定常流的问题,时间导数项需要确定,因为他们可以强烈影响的平衡方程。这些都是等于是一致的,只有结果分析time-consistent解决方案(通常是一个周期解)。

当前的方法可以应用在不稳定和时间上的解决方案允许访问特定信息数值模拟残余。事实上,假设任何流变量可以分解成其术语意味着什么加上它的确定性分量(随机组件被忽视),也就是说,,通过替换每个变量(3),剩余操作符可以写成 在哪里表示时间上的平衡方程和趋近于零的自不稳定问题是周期性的。指定应用的剩余时均流场。表示时间上的影响不稳定(也称为集总确定的源项由Ratzlaff et al。23])。

3所示。研究轴向压缩器的描述

为了了解CT对轴流式压缩机的影响特性,数值研究了三轴流压缩机和没有CT: NASA转子37 (24,25],创建[26],CBUAA [22,27]。他们不同的几何光滑的套管(圆柱与noncylindrical),水流流态(亚音速和跨音速)和CT几何合并(周向凹槽或slot-type CT)。这些差异又在表1。下面的段落进一步描述这三个压缩机的设计特点。

3.1。美国国家航空航天局转子37

著名的跨声速实验转子压缩机NASA 37(图1)设计和测试(NASA路易斯研究中心24,25]。表的主要特点是回忆2。更详细的压缩机设计、广泛的结果和数值和实验数据的比较可以发现以下引用:Suder就是其中一人,塞莱斯蒂娜28,反而29日),丹顿(30.],邓纳姆(20.]。美国宇航局转子37个选择,因为它的发生而闻名的叶尖位于旋转失速现象在操作接近飙升31日]。注意,原始配置实验测试不包括任何CT(即。,实验数据只用于软件配置)。套管凹槽的实现只能通过数值模拟研究。

CT几何取自Legras et al。8),由6周向槽(图5(一个))。每个槽宽3毫米(转子端轴向弦的10.9%)每个腔之间的差距为1.5毫米。高宽比是0.7:1。第一个槽左右开始提示和弦上游的叶尖前缘。关于设计,目的不是优化CT几何但达成全面的描述流动的变化属性产生的沟槽。因此,它被发现有趣的调查槽的影响,超越叶尖前缘,即使这个旅途是不明显的。

3.2。多级压气机创建

创建(Compresseur de矫揉造作的倒向我des运用Aerodynamiques Technologiques,人物23.5)是一个研究阶段轴流式压缩机由公司设计和测试在舟状骨德里昂LMFA研究实验室。这种亚音速压缩机致力于从和空气动力学研究。其几何和转速是代表现代涡轮喷气发动机的高压压缩机median-rear块。其设计特点是召回表3和4。关于压缩机设计的更多细节可以在Touyeras和恶棍26]。由于大量的测量,本实验压缩机不同的主题研究工作集中在转子/定子相互作用[32,33)和CFD方法校准和改进(34- - - - - -36]。

数值在额定速度,稳定的未经处理的套管压气机叶尖间隙的影响是有限的阶段2和3 (36]。因此,它被选为实现两阶段CT五轴对称形式的凹槽的宽度和轴向均匀分布。设计研究的细节中可以找到Perrot et al。4]。注意,出于保密原因,槽尺寸是没有提到的,以下结果归一化。然而,对于当前的研究的目的,CT流分析只是集中在凹槽在R2中实现转子行。此外,请注意,计算结果是基于Legras et al。37]。表演获得对整个配置R1-S3,而实现的CTs R2调查使用modelisation S1-R2配置。

3.3。CBUAA压缩机测试用例

北京航空航天大学的压缩机(CBUAA)是一种单级跨声速轴流压气机(图3)。简要描述测试转子的表中可以看到5。在这个实验中,测试转子定子放置到下游;因此,孤立转子环境可以建立。实验和数值研究的测试用例可以发现在林等。22和宁和徐27]。

slot-type CT见图4(22,27]。总槽数是153(叶片数9倍)。槽是倾斜45度角,这样他们开口脸叶片的压力面。槽的轴向长度的79%叶梢轴向弦暴露在叶尖(39%)。开槽的面积的比值套管环空区域是0.8。径向槽的深度是9毫米。此外,CT的休会室及其径向深度是9毫米。

4所示。压缩机Modelisation

4.1。数值方法的描述

所有数值模拟使用进行埃尔莎那里和CERFACS[开发的软件38]。代码解决了Favre-Reynolds-averaged n - s方程对使用cell-centered多次拉丝结构化网格有限体积方法。它还允许使用嵌合体方法致力于modelize复杂几何图形通常所产生的技术效果(39]。因此,这里的嵌合体的方法是用来模拟CT。

计算运行的二阶中心詹姆逊计划(21对流通量的估算。游行是由一个有效的隐式时间积分方案基于向后欧拉计划和一个标量右下方(陆)对称连续超松弛(SSOR)方法。关于数值方法,它根据调查不同压缩机(见表6)。

对于美国宇航局转子37配置,轴对称环形凹槽。他们可以被认为是一个持续的圆周修改套管,然后同样SW配置在传统的稳态计算方法。

关于创建S1-R2配置,不稳定的使用方法与phase-lagged边界条件行的接口和周期性边界可以考虑为每一行只有一个单刀通道(40,41]。

对于slot-type CT CBUAA情况,模拟使用不稳定打翻网格的方法加上phase-lagged条件转子之间的接口和CT槽嵌合体块(42]。这个过程减少了计算域到一个单刀通道和一个CT槽。

动荡是由two-equation modelized模型威尔科克斯提出的(43)为美国宇航局转子37和CBUAA two-equation模型低雷诺数的Launder-Sharma创建情况。以来被假定为完全湍流流动雷诺数基于叶片弦是约。

数值验证和其他造型细节,分别(我)美国宇航局转子37在Legras et al。8,9),(2)创建在Legras et al。37),(3)的CBUAA Legras et al。44],Castillon和Legras [42]。

4.2。啮合的策略

所有压缩机,与低雷诺数流离散域多次拉丝结构化的方法。每个软件配置项总共大约1.2 -150万网格点。网格是集群对固体边界以达到的分辨率要求(第一层是近似地1的大小μ米)。它们的特点是89网格点的方向。叶尖泄漏区域离散使用“地”径向网格拓扑25分。

关于CT配置,它们是基于“H”嵌合体的SW网格块造型增加了套管凹槽(数字5和6)。

5。整体表现

数据7,8,9目前的测量和计算性能在设计速度,分别为美国宇航局转子37岁,创建R1-S3配置,CBUAA。

5.1。美国国家航空航天局转子37的结果

在图7的质量流率归一化实验哽咽的质量流量(20.93公斤·s⁻¹)。压力比质流量曲线显示数值和实验结果之间一个很好的协议的软件配置。然而,产生的效率曲线模拟显然是转移导致低估了效率无论质量流量。

CT配置的数值结果只显示轻微的差异与SW在性能方面(图7)。所观察到的Legras et al。8,9),这些微小的差异更加奇怪,重要的径流之间的交流发生第二和第四槽和主要流程。有趣的是,几乎所有的数值研究,探讨CT对NASA转子37目前相对不敏感性能(周向槽的槽(45- - - - - -47];半圆形槽(31日])。应用程序当前的方法应用于套管附近流动区域可以有效的确定流动机制,量化的通量和终于了解为什么实现CT是NASA nonefficient转子37。

5.2。创建R1-S3配置的结果

整体表现呈现在图8由西南规范化值在名义操作条件。实验的不确定性是0.46%、0.17%和0.32%,分别为质量流量,压力比和等熵效率。关于稳定的计算结果,稳定的极限估计考虑最后聚集计算。

结果在图8表明,压力上升和等熵效率曲线的形状所代表的正确模拟。图的主要信息8是数值模拟能够预测趋势观察,测量CT改善表演相比,西南的情况。之间的相对性能的变化两种情况下速度大约在设计操作条件,。整个压缩机的稳定的模拟验证,让我们分析的非定常计算S1-R2配置。

此外,Legras et al。37]目前当地流动CFD结果之间的比较和LDA测量完成的内转子叶尖间隙和CT创建压缩机。他们证明了CFD模型正确地预测流在这一地区的主要特征,特别是转子尖涡,CT,内部的流动和流CT和通流之间的相互作用(即。、径向流交流)。

5.3。结果CBUAA

转子特征SW和CT配置获得98%速度的实验(22)和非定常模拟预测的比较图9。数值曲线形状是在良好的协议与测量。然而,数值特征是由于转向更大的质量流率比测量值(楔住条件预测林et al。22和宁和徐27])。模拟高估总压强大小以及效率。西南的稳定工作范围配置正确预测。有关CT情况下,模拟显然低估了工作范围由于出现失速点质量流率高于实验。最后,计算效率曲线的CT配置显示大小低于SW SW的操作范围,而总压强的大小CT曲线是相似的。这些差异也被其他作者观察到的数值研究了当前测试用例(22,27]。

5.4。讨论CT设计对整体性能的影响

三个压缩机性能的比较表明轴对称的实现CT诱发低失速压缩机效率提高利润率,没有处罚。相反,non-axisymmetric CT大大提高了失速保证金,但降低了压缩机的效率。这个观察表明,CT是有效提高越拖延,越压缩机效率的降低。这个观察是一致的结果中观察到的文学海瑟薇(19]。

最后,基于实验和数值结果之间的比较,认为整个流数值模型能够揭示机制发生在外壳附近。这是必不可少的工作的目的旨在了解当地CT槽的影响。

6。CT流根据ESA机制分析模型

本节致力于流相互作用的分析转子和CT在最后SW稳定的操作点。为此,ESA模型是用于获取进一步洞察现象的理解。实际上,一个控制体积分析在叶尖上执行流和对比SW和CT配置完成。

6.1。方程分析

已经在先前的研究观察,CT与叶尖的交互流主要是立体的和不稳定的。为了处理解释结果,CT的范围流动机制的研究是克制的轴向动量平衡的分析(7)。因此,结果叶尖上的轴向力流预计。这个方程是选择,因为它描述了全球整个转子通道流动,特别是其压力上升。

在这里,我们注意到,之前提供的CFD计算已经完成与稳定以及不稳定的方法。因此,对于美国宇航局转子37,稳定的轴向动量平衡计算。相反,创建和CBUAA情况下,瞬时轴向动量平衡已经获得瞬间同样分布在各个时间周期:(我)创建、25瞬间同样分布在一个上游静叶片S1传递时间时期();(2)CBUAA, 17个瞬间传遍一个CT槽通过颞时期()。

最后这两个压缩机,时间导数项的贡献可以计算,不能为NASA完成转子37。为了允许对比三个压缩机,创建和CBUAA瞬时轴向动量平衡时均在各自的时间周期。换句话说,美国宇航局稳定轴向动量平衡相比,在这里创建和CBUAA定轴向动量平衡。

6.2。控制量的定义

对所有配置,控制体积转子叶尖周围流场如图10。是由转子叶片间距分隔开的压痕,轴向扩展的上游和下游转子叶尖,和径向有界的到网格层模型转子叶尖间隙。因此,由于槽的嵌合体技术配置,控制体积不是附着在裹尸布。事实上,去年径向两层正常套管用于插值凹槽和叶片之间通道块。这些都不是考虑在控制体积,因为他们可以误导navier - stokes方程平衡。

6.3。全球流机制作用于套管附近流

结果轴向动量平衡的西南和CT配置,分别为NASA转子37在图11,创建图12,CBUAA图13。这种表示,柱状图,提供了一个不同的轴向力的宏观控制卷(即。套管附近流)。因此,一个人照顾的结果解释由于直方图不描述CT在当地的影响。这将是进一步做在下一节题为“纵向演进的轴力和CT贡献”。

之前讨论的物理分析,评论是很有意义的数值的大小的平衡。结果表明,该数值模型残差倾向于零导致一个好的精度的平衡方程。为创建和CBUAA情况下,这表明定时间导数项(例如,)从非定常模拟获得收敛于零。这个观察把不稳定支持,正确计算达到用于状态。此外,它可以观察到,标量人工粘性通量(和)是无关紧要的,尽管拥有一个强大的冲击波位于转子叶尖区域的NASA 37 CBUAA。

6.3.1。SW结果

总体概述
SW配置,结果突出存在的四个主要被应用于轴力控制体积:(我)轴向压力对应于整个转子轴流压上升。(2)轴向力由于运输纵轴向动量的脸。这一项类似于一个动态压力作用于相同的表面压力。它的值与流轴向加速或减速。事实上,通过区分之间的轴向出口和入口的控制体积(即,)和假设主要是积极的卷(这不是本地的真正由于存在泄漏,套管边界层,…),负(分别地。积极的)力量对应于一个减速(分别地。流的加速度)。reasonment可以用相同导致相反的结论。结果在图11,12,13表明传入流沿轴向方向减慢。这个观察是一致的总体气动压缩机由于套管边界层和叶尖泄漏流极大地影响传入的流。此外,这个词给信息轴流堵塞发生在控制体积。(3)轴向剪切力作用在径向上的控制量引起的套管和叶尖边界层以及叶尖泄漏流。(iv)轴向力由于运输径向轴向动量的脸。这个词表达的影响径向流的平衡轴向力。这个力作用于相同的面孔比轴向剪切力。因此,相信改变这些力量能很强烈地影响其他之一。

所有其他条款由于周期性(受力为零脸)或径向厚度的控制体积。值得注意的是,附近的力量应用于套管流对应于这些观察到类似的作品由Shabbir和Adamczyk3]。

这些轴力可以区分取决于他们是否代理在同一方向的流()或相反方向的流()。这个信息是由条件的标志。草图描述术语上的轴向力控制体积呈现在图22。结果显示所有压缩机的一些连贯的趋势:(我)的轴向力总是行为相反的方向流的进步因为这个词是积极的;(2)由于轴向部队和总是在同一个方向流推进自术语是负的。

这个观察是一致的总体气动轴流式压缩机。套管边界层(为代表)和上游流推进(所描述的)平衡逆压力梯度()由轴流式压缩机。如果套管的边界层分离和/或如果流推进太低(比如质量流率太低),不能持有压力上升,从而导致一个不稳定的操作流条件。

不同的压缩机和轴力的大小不同而有所不同的方向。

套管几何形状的影响
数据11,12,13明显突出的影响环形状(圆柱与圆锥)。事实上,创建和CBUAA压缩机,它有一个圆柱壳,显示特征相似的结果(我)相同的相对平衡和相反的轴力和,(2)微不足道的影响。相反,美国宇航局转子37,noncylindrical套管显示另一个的发生是由于轴向力。这个力是与不良压力做出贡献来抵消推进流(即)。这个结果显然是明显的自锥形套管力量流径向速度分量。套管附近流偏转是大到足以影响的轴向动量平衡,通过轴向力体现出来。

流态的影响
创建和CBUAA(数据之间的比较12和13),分别工作在亚音速和跨音速流态,表明你没有轴向动量平衡的主要区别。此外,对比美国宇航局转子37和CBUAA(数据11和13)证明转子外壳的形状比流态具有更大的影响力。

再。CT结果

总体概述
结果CT配置数据11,12,13显示同样的力比西南叶尖流动情况。然而,CT的影响在这里显示的变化轴力的贡献。

所有压缩机,整个转子压力上升的大小之前预测的整体表现(见图7,8,9)。

由于径向流槽之间的交流和直流(见[9,37,44)图像流的交流),CT将有助于平衡轴向动量方程和附加的条款。正如前面SW分析认为,径向流交流可能会影响轴向动量方程通过武力。事实上,结果是同意这一假设。他们清楚地表明,CT的主要影响,是否它是轴对称,显示的变化和粘性力由于套管边界层。此前宣布,这两股力量相互影响可能因为他们都按照相同的面孔的控制体积。事实上,结果表明,轴向力变化proportionnaly。这些观察可以解释如下:径向流体CT槽和转子通道之间的交流往往代替套管边界层的角色平衡逆压力梯度。这表明大小是一个关键的点到CT流机制。如果reasonment进一步推动,一个解释的CT效率改善失速保证金可能来自其能力来执行一个轴向力由于径向流交流(通过轴向力)更健壮的逆压力梯度比套管边界层(通过轴向力)。此外,由于剪切轴向力可以导致损失效率,使用径向流的交流代替套管边界层效应是非常有趣的为了增加全球压缩机转子的效率。因此,轴对称的主要区别和non-axisymmetric CT可以根据评估进化。

美国宇航局转子37(图的结果11)和创建(图12)表明,圆周CT贡献额外的轴向力作用于流。正如预期的那样,它是径向流的影响交流,这个观察是一致的结果Shabbir和Adamczyk3]。添加项是伴随着粘性的比例减少轴向力。它可以是轻微的增长效率创造表演(图中观察到8)。事实上,轴对称CT的主要作用是将或驱动力量更主要沿着流动方向,。这是符合一般结论之前的研究已经发现,通过提示反向叶尖泄漏流差距被推到凹槽的重新嵌回到流(主要流向)凹槽。

相反,CBUUA slot-type CT造成额外的力量代理在相反的方向流动,以及(图13)。此外,粘稠的轴向力按比例增加,从而解释了轻微下降,效率在CBUAA表演(图9)。第一个结果表明slot-type CT比圆周CT表现在不同的方式。然而,正如下面提到直方图呈现全球而不是当地的影响CT。对于这个特殊的CT几何,当地分析做进一步了解流动机制,因为它将在接下来的段落。

对于axi non-axisymmetric沟槽,平衡的变化是通过径向速度的改变成为可能引起的流槽和通流之间的交流。这进一步支持非常重要的提示地区稳定流动。这个观察必须经当地分析CT流的机制。

6.3.3。非定常流机制

数据14和15分别呈现为创建和CBUAA颞进化不稳定的轴向动量平衡。这种分析可以让我们获得定量和定性知识的时间导数项的贡献。

结果CREATE-R2
对于创建的情况,提出了非定常的结果在上游定子S1传递时间。情节在图14显示一个正弦的含时演化对定子S1叶片通过频率的影响。其定值趋向于零,同意结果如图12。关于它的时间波动,振幅特别明显的CT与更高的价值2相比,西南的一个因素。此外,结果表明,振幅主要是由那些在西南的情况下的在CT。事实上,CT抑制的大小波动的因素2被认为大大增强流动稳定性(因为压力梯度反对流)。的增加波动,驱动时间项,证明槽机制强烈回应上游流不稳定。

结果CBUAA
关于CBUAA情况下,非定常的结果提出了在CT槽通过时间。情节在图15表明,所有条款提出一个“准稳定的”行为,支持不规则的CT与通流的交互是无关紧要的。这个观察尤其证实了零级对时间的词。这个“准恒定”行为已经观察到林et al。22),而宁和徐27]。事实上,不稳定的时间尺度的离散处理槽相比因此相当小的叶片通道(27];因此叶片通道的不稳定是虚弱的。这个现象的一个原因可能来自槽区域之间和区域之间的比例个人插槽(非常小)。尽管的高时间分辨率CT槽通过颞时期(= 170次迭代),这个特殊的测试用例不符合预期的非定常流交互分析CT槽和转子之间的通道。然而,现在的努力集中在本地更改的分析轴向动量平衡,以获得更多的定性和定量信息的贡献CT插槽。

6.4。轴向力和纵向演进的CT的贡献

由于轴力,,突出SW和CT之间的变化情况下,有趣的是调查各自的轴向发展进一步了解CT和通流之间的相互作用。数据16和18现在这些术语的累积和沿轴向方向,分别为美国宇航局转子37和CBUAA。图17回忆从Legras et al。37)创建的累积和压缩机的稳定和不稳定轴向动量平衡。在当前的研究中,只有不稳定的曲线进行了分析。进一步评价稳定和不稳定的结果之间的差异讨论了Legras et al。37]。这些图提供的信息区域流高度限制和对个人凹槽的贡献。阴影乐队表示套管槽的轴向位置。

6.4.1。SW结果

所有软件配置的结果表明,努力发展振幅沿轴向方向以非线性的方式。

粘性项的曲线前缘附近开始生长。与这些趋势的流物理、数字(19日)礼物的中高跟CBUAA转子尖缺口,流场。它可以观察到的增长可以依赖首先叶尖泄漏涡(称为区域在图吗(19日)),其次与裹尸布分离激波的相互作用边界层(不明显的方式)。

关于这个词的曲线之前,它就开始生长在负值NASA转子的叶片前缘37和CBUAA病例。的等高线在CBUAA叶尖间隙。图20(一个)显示,这种增长趋势与叶片分离前的流加速度冲击。接下来,曲线略增加积极的价值观。这个观察与来流减速与叶尖泄漏流由于其交互。曲线中的下游叶片通道,增加负值将叶尖泄漏流的存在。

术语的曲线轴向的发展在“准”相反的大小曲线。事实上,行为“放大系数。“这个观察证实了图(21日)等高线图,非常相似的在图20(一个)。

简历,SW结果突出强烈的轴向力大小由于叶尖泄漏流和,当分离叶片冲击存在时,由于泄漏流和叶片通道之间的交互冲击。然而,分离叶片冲击影响的力量大小低于叶尖泄漏流。这解释了为什么创建的轴向动量平衡(亚音速政权)和CBUAA(接近音速)非常相似。有关的差异和NASA转子37和CBUAA之间,它显然可以解释为套管的形状。事实上,快速增长的和曲线在NASA转子37的位置对应的最大斜率套管形式。

6.4.2。CT结果

结果CT配置明显突出的地方贡献插槽。

阿喜——和non-axisymmetric CT,粘性项的曲线形状非常相似的情况下,西南除了CT延迟进一步下游增长率的开始。自从这学期可以依赖叶尖泄漏流,这个观察可以解释为一个传播的衰减泄漏流垂直于叶片。这是确认当比较数据(19日)和19 (b)。此外,指CBUAA直方图如图13CT配置显示高粘性项的大小。事实上,等高线图19 (b)表明第二区域的高粘性的存在轴向力表示B和位于后CT插槽的一部分。所看到的Legras et al。44),这部分槽负责流流血,而在前面部分循环流注入到通流。这种观察表明,流血流机制诱发强烈的剪切层,可以增加粘性损失,从而解释了效率损失slot-type CT观察使用。

CT曲线更加突出的影响。事实上,一个人可以注意到轴对称CTs在NASA转子37和创建情况下创建一个轴向力在相反的方向流动。这就解释了前面的直方图(图中观察到的变化11和12)。这个轴向力可以依赖的出血影响槽自在以前的研究中已经观察到(9,37]。此外,这种许可进行分析以确定槽效果取决于其能力来创建这个先前的轴向力,因此出血的效果。NASA转子37,结果表明,2日,3日,4日凹槽是有用的在最后稳定点数值软件配置。的创建、Legras et al。37]得出第三槽是有效的在最后稳定点数值软件配置。

关于CBUAA slot-type CT,止血效果沿后CT槽创建一个轴向力的一部分直接沿着流。这个观察证实了图(21日)和有关区域d .事实上,slot-type CT的出血机制有一个相对比与圆周CT观察到相似的效果。这是符合一般结论之前的研究已经发现,通过提示反向叶尖泄漏流差距被推入槽再注入流(主要流向)凹槽。相反,流沿着前面吹机制CT引起的轴向力的一部分代理在相反的方向流推进(提到C区,如图(21日))。事实上,注入的流动倾向于径向偏离传入的流。

关于这个词的、曲线主要发展相反的大小。此外,与slot-type CBUAA CT结果表明CT前部吹机制创造了一个轴向力向流的方向推进(见图20 (b)区C),观察表明,套管附近流进一步加速。这与之前的研究一致,注入流激发附近套管流。相反,流血流机制创建一个轴向力相反的方向流动。这是一致的,因为附近套管流流血失去了轴向速度,以径向偏转到CT插槽。

6.5。推荐的有用的解释CT使用ESA模型流动机制

分析slot-type CBUAA压缩机CT显示的限制使用直方图作为工具研究CT流机制。事实上,直方图呈现一个全球的力量被应用于转子尖端控制体积。他们倾向于“平滑”CT流的局部作用机甲强度(主要是出血和吹机制)。分析轴对称CT,直方图可以有用,而对于slot-type CT的直方图被证明是不够的。因此,我们必须照顾直方图的解释。模型的主要兴趣来自纵向演进的分析揭示的轴力,因为它允许本地CT流动机制以及CT单个凹槽的贡献。所以,建议使用《濒危物种法》来执行全球和局部分析模型,以进一步了解引起CT的流动机制。

7所示。结论

本文提出了一种广义的方法Shabbir和Adamczyk方法揭示流机制引起的套管使用CFD数值模拟治疗(CT)。Shabbir的方法相比,该方法允许任何CT分析几何,由于预算的分析每一个n - s(联合国)稳定的动量方程。在当前纸,只有平衡的轴向动量方程分析,因为它描述了全球整个转子通道流动,特别是它的压力上升。小说的方法已被用于研究流相互作用axi和non-axisymmetric CT和三个不同的轴向通流压缩机。他们不同的流态(亚音速、跨音速),未经处理的外壳形状(圆柱/锥形)和CT (axi - /非轴对称CT)实现。

三个压缩机的比较表明轴对称CT的特点是其流流血效果,创造了一个轴向力。结果表明,这个力流稳定的好处是比流态更依赖于外壳的形状。关于slot-type CT,它的特点是流血效果在后部,它创建一个轴向力在前部和吹效果,激发套管附近流创建轴向力。然而,其强大的流血效果负责额外的粘性损失解释效率损失观察使用slot-type CT。这些结论是相当难以从唯一的直方图。因此,强烈建议集中在轴向分布的轴向力,进一步了解CT和流之间的相互作用。此外,由于阿喜和non-axisymmetric CT创建一个轴向力它也支持,径向速度分量的主要兴趣是尖流的稳定性。

目前的分析方法证明了其潜在帮助设计的CT。然而,仍然有许多问题的理解CT机制模型可以回答。主要的视角关注(我)切向动量分析:由于压缩机的切向力是主要的,它可能是有趣的探讨CT的影响,(2)平衡的分析速度,一部分(3)该决议的动量方程简化参考系而非圆柱形。

最后,它也可以很容易用来揭示流动机制为了设计一个大型面板的被动控制流设备:膜冷却,边界层涡轮机械领域的愿望以及对飞机或直升机的应用程序。

命名法

符号

:	网格单元的面积
:	相对能源
:	离心力
:	科里奥利力
:	- - -顺序数值标量人工耗散通量
:	质量流率
:	静压
:	热通量向量
:	保守的变量
:	数值模拟残余
:	转子的行
:	Total-to-total压力比
:	圆柱坐标
:	定子行数
:	时间
:	音量控制的领域
:	绝对速度
:	相对速度。

希腊字母

:	等熵效率
:	比热容比
:	分子动态粘度
:	旋转速度
:	密度
:	粘性和湍流应力张量之和。

缩写

CBUAA:	北京航空航天大学的压缩机
CT:	套管的治疗
ESA:	扩展Shabbir和Adamczyk模型
西南:	光滑的墙。

确认

作者感谢公司,赛峰集团批准发布结果。特别感谢LMFA和CERFACS-CFD团队计算设施的可用性以及讨论有关数值方法和物理分析。作者也感激埃尔莎软件团队(那里)。