流動(dòng)分離與控制

1、流動(dòng)別離與限制姓名：學(xué)號(hào)：授課教師：教授南京航空航天大學(xué)1、通過理論分析說明流動(dòng)別離產(chǎn)生的必要條件試分析二維流動(dòng)分離與三維流動(dòng)別離有何本質(zhì)差異20分產(chǎn)生邊界層別離的必要條件有兩個(gè)：一是物面附近的流動(dòng)區(qū)域中存在逆壓梯度；二是流體的粘性,二者缺一不可.對(duì)于壁面邊界層,如果沿主流方向存在逆壓梯度,在邊界層外的主流能以減少動(dòng)能即減慢速度來提升壓強(qiáng).但在邊界層內(nèi),流動(dòng)由于受粘性阻滯已經(jīng)失去了局部動(dòng)能,所以在逆壓梯度作用下,假定沿壁面法向壓力梯度為零,那么靠近內(nèi)層的流動(dòng)速度減小的比例要比外層更大,結(jié)果其速度型沿流動(dòng)方向變得越來越瘦.圖1-1就是表示在逆壓梯度下邊界層速度型變化Separation圖1-1逆

2、壓梯度下二維邊界層開展和形成流動(dòng)別離示意圖與此同時(shí),壁面上的摩擦應(yīng)力也隨著逆壓梯度的增加而減少.當(dāng)該壓力梯度足夠大時(shí),鄰近壁面附近的流動(dòng)依靠其動(dòng)能已缺乏以來提升所需要的壓強(qiáng),這時(shí)就會(huì)形成靠近壁面附近的流體反向流動(dòng)而遠(yuǎn)離壁面的主流仍按原方向流動(dòng)的現(xiàn)象,壁面上出現(xiàn)別離點(diǎn)So在別離點(diǎn)S處,法向速度梯度%y=0,即壁面摩擦壓力%=巴%=0.所以人彳門將%=0或壁面摩擦力鼠=0作為判斷二維層流別離的準(zhǔn)那么.顯然,別離后的邊界層厚度不再保持薄的狀態(tài).上述討論中可以清楚地看到形成流動(dòng)別離的必要條件是粘性作用和流動(dòng)中有足夠的逆壓梯度.理論上,三維流動(dòng)別離形成的機(jī)理與二維別離相同,都是由于流場(chǎng)中存在逆壓梯度并作

3、用于有粘性阻滯的邊界層造成的.但判斷三維別離的準(zhǔn)那么要比二維復(fù)雜得多.由于在三維邊界層中,假設(shè)在某個(gè)方向上存在逆壓梯度,即使沿該方向的摩擦應(yīng)力為零,由于邊界層內(nèi)的流體還可以沿其它方向流去,這時(shí)邊界層仍然可以保持附著而不別離.所以不能將摩擦應(yīng)力為零的二維別離判據(jù)簡(jiǎn)單地推廣應(yīng)用到三維邊界層中.為此,許多學(xué)者為建立三維流動(dòng)別離判別模式進(jìn)行了廣泛深入的研究2、分析三維流動(dòng)中鞍點(diǎn)形成的原因,并說明從鞍點(diǎn)發(fā)出的一條線是三維流動(dòng)別離線的機(jī)理.(20分)答：(1鞍點(diǎn)形成的原因臨界點(diǎn).為了解摩擦力線在臨界點(diǎn)如果物面上某點(diǎn)P(X,y)處的7xw=7yw=0,那么P點(diǎn)就是摩擦力線方程的奇點(diǎn)或是P附近的性狀,可將TX

4、w(x,y)和Tyw(x,y)在P點(diǎn)處按臺(tái)勞級(jí)數(shù)展開且僅取到一次項(xiàng).此外,為不失一般性,可將坐標(biāo)原點(diǎn).移至P點(diǎn),那么摩擦力線方程可簡(jiǎn)化為:dxdt(4三xw=1Idxx+oxwyJyody_叫wx+/ywydt女Jo工yy)o(2.1)其中下標(biāo)“o是指在臨界點(diǎn)處(原點(diǎn))的導(dǎo)數(shù)值.由常微分方程相平面分析理論可知,該方程所確定臨界點(diǎn)附近摩擦力線形狀的類型完全取決于它的特征方程根性質(zhì),即取決于特征方向中的系數(shù)p和q：(CT、ywEx4實(shí)際上,導(dǎo)數(shù)p和q是物面上摩擦應(yīng)力向量場(chǎng)中臨界點(diǎn)處的散度和雅可比矩陣.方程2的特征根為：M=pp24q,2,其根的判別式：ppp24qo這樣,在x,y相平面上,由方程2

5、.1所確定的積分曲線族是：tiQc2.5yti-C111e1-C22e2其中,ar%PrP文常數(shù),Ci、C2是任意積分常數(shù).在相平面上這樣確定的積分曲線稱為軌線,其指向是沿著參數(shù)t增加的方向.在物面上可能存在不同形式的摩擦應(yīng)力量分布,這樣就可得到不同p和q值.所以由特征方程求的根九i和可正可負(fù),可實(shí)可虛,也可以是復(fù)根或零根,由2.5式所確定的臨界點(diǎn)附近軌線形狀的類型可以各不相同,從而形成不同類型的臨界點(diǎn).下列圖2-1給出了p-q平面上各類臨界點(diǎn)的區(qū)域和邊界圖.可以看到主要的三類臨界點(diǎn)幾乎當(dāng)q0時(shí),由特征根表達(dá)形式可知,其特征根是符號(hào)相反的兩個(gè)實(shí)根,設(shè)Ki0,應(yīng),它的軌線方程：xt=C-Q1tC

6、2：2e2tyt=6：代C2為e2t這類臨界點(diǎn)稱為鞍點(diǎn).其中C1和C2是任意的積分常數(shù)由關(guān)系式鞍點(diǎn)發(fā)出的一條線是三維流動(dòng)別離線的機(jī)理:圖2-2鞍點(diǎn)附近的摩擦力線12om2h二nw)111、2一、或h=C(2.7)niw)其中,c=j2um是常量,h是流線離開物面的距離.由上式可以看到,在三維流動(dòng)中,使流線很快離開物面即很快變大的影響因素有兩個(gè)：一是當(dāng)流線接近于w=0點(diǎn)時(shí),即接近于別離點(diǎn)時(shí),流線會(huì)迅速離開物面,這就是孤立三維別離奇點(diǎn)處的流動(dòng)別離狀態(tài).另一個(gè)是當(dāng)摩擦力線的距離n無限減小時(shí),其上方的流線也將很快地離開物面.由于S1S2是由鞍點(diǎn)發(fā)出的一條摩擦力線,根據(jù)前面討論鞍點(diǎn)附近摩擦力線特性已清楚

7、S1S2應(yīng)是其余所有摩擦力線的漸近線,也就是說,A1A2和B1B2都將無限逼近S1S2,所以A2B2間的距離n將無限減少.這樣使原來十分接近物面的流線A1A2和B1B2,在逼進(jìn)S1S2摩擦力線時(shí)很快地離開物面.這就形成了由鞍點(diǎn)發(fā)出的一條摩擦力線S1S2附近的流線會(huì)很快離開物面的三維流動(dòng)別離現(xiàn)象.Lighthill稱由鞍點(diǎn)發(fā)出的一條摩擦力線S1S2為三維別離線.由此看來,在Lighthill三維別離模式中,三維別離線本身就是一條摩擦力線,其鄰近的所有其它摩擦力線都以此漸近.3、試應(yīng)用紊流間歇性Interm讓tency特點(diǎn)分析光滑平面二維紊流別離的物理過程,并嘗試采用S-P相似理論確定二維紊流別離

8、點(diǎn).20分在一個(gè)光滑流線型外表上,紊流邊界層別離并不是一件突發(fā)事件,而是在一個(gè)長(zhǎng)度范圍內(nèi)開展的過程.別離過程中,近壁處有很強(qiáng)的間歇式回流,可用出現(xiàn)的時(shí)間統(tǒng)計(jì)來描述.間歇性回流是由于三維流動(dòng)瞬時(shí)造成的,它的出現(xiàn)和消失根本上是隨機(jī)的,具大小、增長(zhǎng)速率以及展向位置都很難預(yù)測(cè).平面條紋流場(chǎng)顯示試驗(yàn)說明,別離區(qū)內(nèi)多個(gè)別離條紋迅速而連續(xù)地改變形狀.當(dāng)別離過程向下游開展時(shí),回流的時(shí)間和量不斷地增加,流動(dòng)逐漸演變成三維紊流流場(chǎng).根據(jù)S-P外層速度虧損律對(duì)整個(gè)邊界層進(jìn)行積分可得方程*12uUi=0.47UsUy.、.-UsUi11Hd=1-0.58Us.Ui其中Hd代表在零U線上積分得到的形狀因子.上述方程說明

9、形狀因子Hd僅是速度比Us/U1的單值函數(shù),意味著如果紊流別離存在相似結(jié)果,就應(yīng)該在同一速度比下別離.因此要得到別離點(diǎn)處的形狀因子,關(guān)鍵要得到紊流別離時(shí)的速度比Us/U,Simpson采用激光測(cè)速儀LDV對(duì)別離點(diǎn)附近流體進(jìn)行精確測(cè)量,得到順流率*=0.5處,速度比Us/U1=1.20比05,可得別離點(diǎn)通用形狀因子Hd=3.3.眾多學(xué)者對(duì)流動(dòng)別離點(diǎn)開展過大量的試驗(yàn),圖3-3中的曲線來自不同研究人員分離流動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù),盡管有一些分散,但根本上支持速度比Us/U1=1.2,這個(gè)通用別離點(diǎn)假設(shè),而再附點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度比略高一點(diǎn),這個(gè)從圖3-2中壁面摩擦應(yīng)力可以得到解釋.因此該別離準(zhǔn)那么具有一定的可信度.圖3

10、-1順流率和速度比曲線圖3-2壁面摩擦應(yīng)力分布圖3-3別離點(diǎn)和再附點(diǎn)形狀因子4、分析物面曲率6/R0.01對(duì)邊界層流動(dòng)狀態(tài)及別離的影響,試分析別離后的邊界層流動(dòng)狀態(tài)如何20分物面曲率HR0.01屬于低曲率,Deutsch和Zierke在低曲率外表試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)曲率對(duì)別離影響很少,h與6*/6的路徑同平板零曲率的變化關(guān)系是一樣的.理論上,沿流向曲率對(duì)動(dòng)量方程的影響相對(duì)較小,甚至可以忽略,但在法線方向上曲率的影響是很大的.沿流向零壓力梯度下,如果在紊流和非紊流交界面附近,自由流線具有凸曲率運(yùn)動(dòng)流線,在離心力作用下,紊流進(jìn)入邊界層的流體將會(huì)減少.這是由于大渦在法向壓力梯度作用下變得扁平,以致渦上噴到

11、自由流中時(shí)將遇到逆壓梯度,從而抑制了自由流進(jìn)入邊界層的水平.外部自由流卷入減少導(dǎo)致邊界層紊流摻混水平下降,邊界層有更小的雷諾應(yīng)力、更低的相關(guān)速度和更少的紊流擴(kuò)散.對(duì)于凹曲壁,離心力作用使得邊界層經(jīng)受壓力梯度,其結(jié)果與上面正好相反,邊界層有更多的外來自由流進(jìn)入、更多的紊流摻渦和更大的紊流剪切應(yīng)力.當(dāng)逆壓梯度出現(xiàn)時(shí),外部自由流流線不可能象曲壁一樣彎曲.因此同零壓力梯度相比,曲壁對(duì)外部自由流卷入的影響相對(duì)弱一些.試驗(yàn)說明強(qiáng)壓力梯度下,凸曲壁將減少外部自由流卷入,引起邊界層在上游更遠(yuǎn)的地方就出現(xiàn)別離.Schubaur和Klebanof對(duì)壁面曲率從d/R=0.01到d/R=0.024接近邊界層別離點(diǎn)為止

12、試驗(yàn)研究,結(jié)果說明曲率對(duì)別離點(diǎn)上游平均速度剖面影響很小.實(shí)際上,他們的試驗(yàn)數(shù)據(jù)都落在Schofield-Rerry平板得的試驗(yàn)結(jié)果中,服從強(qiáng)壓力梯度下速度剖面相似關(guān)系.Stratford做過“零摩擦力試驗(yàn),采用了短凸和長(zhǎng)凹兩種曲面,得到的結(jié)果與Schofield-Perry相同.Wadcock曾利用熱線在NACA4412機(jī)翼凸曲面有上做了關(guān)于別離流的試驗(yàn),從別離點(diǎn)上游曲率d/R=0.01到后緣點(diǎn)d/R=0.05,得到了同Sandborn-Kline關(guān)于平板邊界層流動(dòng)別離準(zhǔn)那么：h與d*/d的相似關(guān)系一致的結(jié)果.5、結(jié)合本專業(yè),通過文獻(xiàn)資料分析給出流動(dòng)別離的特點(diǎn)及對(duì)本專業(yè)流體機(jī)械性能的影響.20

13、分引言作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件,壓氣機(jī)設(shè)計(jì)難度最大,流動(dòng)最為復(fù)雜,其結(jié)構(gòu)、重量也占據(jù)了流體機(jī)械整機(jī)的主導(dǎo)地位.壓氣機(jī)中常見的對(duì)性能有嚴(yán)重影響的流動(dòng)現(xiàn)象為葉背別離和角區(qū)別離,該類別離現(xiàn)象產(chǎn)生將使壓氣機(jī)流場(chǎng)惡化,造成性能下降.葉背別離通常是在逆壓梯度、彎曲物面等作用下,附面層內(nèi)的流速將會(huì)不斷降低,附面層增厚,直至其其內(nèi)的流體停止不前,繼而反向倒流,流體擠壓使附面層內(nèi)流體離開壁面出現(xiàn)別離.葉背別離現(xiàn)象可視為二維別離,一般是非常不穩(wěn)定的,別離位置經(jīng)常變動(dòng),在別離區(qū)附近產(chǎn)生別離泡,其在流向附近的生長(zhǎng)使別離泡內(nèi)部壓力上升且分布均勻,別離泡的失穩(wěn)加劇了別離泡與主流之間的物質(zhì)輸運(yùn)作用,其能量交換導(dǎo)致脫落渦的產(chǎn)

14、生,各漩渦在向下游運(yùn)動(dòng)的過程中發(fā)生相互耦合作用,大渦卷吸、合并周圍的小渦,同時(shí)也可能由于周圍大渦吸引及主流影響產(chǎn)生渦的分解和耗散,從而導(dǎo)致流體的不平穩(wěn)流動(dòng),影響壓氣機(jī)作功水平,嚴(yán)重時(shí)甚至引起喘振.角區(qū)別離發(fā)生在葉根處,常形成馬蹄渦,在不同流動(dòng)狀態(tài)下有著不同的馬蹄渦形式.通常有3種非定常的馬蹄渦模態(tài),即繞合模態(tài)、脫落一繞合模態(tài)以及脫落一耗散模態(tài).一定Re數(shù)下主渦脫落后既可能表現(xiàn)為脫落一繞合模態(tài),也可能表現(xiàn)為脫落一耗散模態(tài),這主要取決于模型頭部形狀對(duì)渦軸造成的拉伸以及耗散和擴(kuò)散程度.與葉背別離不同,角區(qū)別離是一種三維漩渦結(jié)構(gòu),具更為復(fù)雜的奇點(diǎn)形態(tài)組合和演化,不僅呈現(xiàn)常規(guī)的內(nèi)螺旋點(diǎn),還呈現(xiàn)外螺旋點(diǎn)、

15、極限環(huán)和多重極限環(huán)等復(fù)雜流態(tài).這使得角區(qū)流動(dòng)中,以漩渦為主體的擬序結(jié)構(gòu)相比二維更為復(fù)雜.為了提升壓氣機(jī)效率,人們提出多種限制方法,用以抑制壓氣機(jī)內(nèi)部復(fù)雜的別離流動(dòng),特別是預(yù)防壓氣機(jī)產(chǎn)生喘振、失速等危險(xiǎn)氣動(dòng)問題.本課題組基于壓氣機(jī)在大負(fù)荷下發(fā)生氣流別離的流動(dòng)特征提出了一種無源引氣微脈沖射流限制的概念,并對(duì)其核心的脈沖射流器進(jìn)行了特性實(shí)驗(yàn)分析.流動(dòng)限制方法簡(jiǎn)要回憶在過去相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi),出于便于應(yīng)用的考慮,人們一直將研究的焦點(diǎn)放在被動(dòng)流動(dòng)限制上1-3.被動(dòng)限制的特點(diǎn)是在葉輪機(jī)械設(shè)計(jì)過程中確定對(duì)流場(chǎng)的限制方式,該限制方式不能隨流動(dòng)狀態(tài)的改變而改變,在有些情況下會(huì)產(chǎn)生一些不利的“副作用.而主動(dòng)流動(dòng)限制那么

16、可以在葉輪機(jī)械工作過程中根據(jù)具體流場(chǎng)情況調(diào)節(jié)限制方案,以改變流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、使葉輪機(jī)械性能有明顯的改善.主動(dòng)限制手段一般會(huì)帶來結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大等問題,多見于外流問題研究,在葉輪機(jī)內(nèi)流領(lǐng)域采用得較少.但是目前技術(shù)的開展顯示,單純的被動(dòng)限制已經(jīng)不能滿足新一代壓氣機(jī)設(shè)計(jì)的需要,有必要開展能克服這些問題的主動(dòng)限制技術(shù).國(guó)內(nèi)外對(duì)葉輪內(nèi)流主動(dòng)流場(chǎng)限制技術(shù)的研究進(jìn)行了許多工作,其中最為廣泛的是以“吸附式限制和“合成射流限制為代表的主動(dòng)限制方法.“吸附式控制方法來源于麻省理工學(xué)院提出的吸附式壓氣機(jī)概念4,該類方法通過外接低壓的吸氣源來吸除別離的低能氣流,延緩氣流別離,提升擴(kuò)散度,從而到達(dá)提升級(jí)壓比的目的.而“合成射

17、流限制那么是采用一個(gè)不需外接氣源即與外界無質(zhì)量流量的機(jī)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動(dòng)形成的具有一定頻率的非定常射流,在調(diào)整到適宜頻率時(shí),可以依靠明顯小于定常射流的氣流量有效限制氣流別離,其研究主要集中在以外流為代表的流動(dòng)限制領(lǐng)域,且國(guó)內(nèi)外研究者均得到了較為明顯的限制效果5-8.而在葉輪機(jī)械中比擬有代表性的工作有彳惠國(guó)Hecklau和Gmelin9-10等進(jìn)行的脈沖射流抑制壓氣機(jī)氣流別離的實(shí)驗(yàn)研究,該研究通過分析一個(gè)周期內(nèi)不同時(shí)刻通道內(nèi)瞬時(shí)流場(chǎng)圖,將非定常脈沖射流的限制機(jī)理理解為由于脈沖射流產(chǎn)生的一對(duì)旋向相反的漩渦與主流別離渦之間的不同作用模式,這是當(dāng)前為數(shù)不多的通過實(shí)驗(yàn)揭示脈沖射流抑制氣流別離機(jī)理的工作.此外北京

18、航空航天大學(xué)周盛等11-12通過二維數(shù)值模擬研究將非定常鼓勵(lì)的作用機(jī)理歸結(jié)為合理組織流場(chǎng)中多物體繞流之間的耦合關(guān)系.其對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)由于合成射流鼓勵(lì)強(qiáng)度不夠,無法做到真正的線鼓勵(lì),實(shí)驗(yàn)限制別離的效果比計(jì)算結(jié)果要差較多.無論是“吸附式限制還是“合成射流限制,在滿足限制效果的根底上,外接裝置的復(fù)雜性和重量等因素限制了其在葉輪機(jī)械中的工程應(yīng)用,因此簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)、減少重量成為了壓氣機(jī)主動(dòng)流場(chǎng)限制的開展方向.本課題組基于該理念提出了一種新型無源引氣微脈沖射流限制的概念：利用葉盆葉背壓差在葉背側(cè)生成脈沖射流,依靠適當(dāng)頻率脈沖射流與別離區(qū)具有特定頻率的渦結(jié)構(gòu)發(fā)生相干作用,到達(dá)限制氣流別離的目的,最終實(shí)現(xiàn)提升壓氣

19、機(jī)擴(kuò)壓水平的目的.相比于用列葉柵13-14、開縫葉片網(wǎng)等定常限制方式,本文提出的無源脈沖射流技術(shù)開縫寬度較小,可通過更小的能量輸入到達(dá)相同或更佳的限制效果,且可在無需流場(chǎng)控制狀態(tài)下主動(dòng)關(guān)閉流道以適用更廣的工作范圍,是一種有希望的葉柵流動(dòng)限制方法.新型無源脈沖射流限制方式簡(jiǎn)介新型無源脈沖射流限制方式中核心部件為脈沖射流器,該射流器的關(guān)鍵部件是兩個(gè)貼近的縫柵,一個(gè)縫柵固定,另一個(gè)縫柵在驅(qū)動(dòng)裝置的作用下以一定頻率進(jìn)行運(yùn)動(dòng).通過兩個(gè)縫柵所開縫的對(duì)通或錯(cuò)開來形成通流或節(jié)流的效果,從而利用葉盆葉背之間的壓差在葉背側(cè)生成一定頻率的脈沖射流,如圖1所示.該限制方式基于特定頻率的非定常流場(chǎng)相干作用,僅需不大的葉

20、盆引氣就能實(shí)現(xiàn)別離流的限制,此外無源脈沖射流器無需外接氣源,結(jié)構(gòu)上比擬簡(jiǎn)單.本課題組提出的這種新型流動(dòng)限制技術(shù)已獲得了國(guó)家創(chuàng)造專利授權(quán)ZL202110195408.3,在應(yīng)用時(shí)可利用MEMSMicro-ElectronicMechanicalSystem微型機(jī)械電子技術(shù)工藝將體積和重量限制在較小的范圍內(nèi)15.圖1脈沖射流限制方式示意圖基于脈沖射流器工作原理,本試驗(yàn)研究過程中運(yùn)動(dòng)縫柵采用微型電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng).主體結(jié)構(gòu)包括引氣口、脈沖射流出口、旋轉(zhuǎn)縫柵、微型電機(jī),如圖2所示.其中微型電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)縫柵旋轉(zhuǎn),當(dāng)旋轉(zhuǎn)縫柵縫隙與流道相通時(shí),在引氣口與噴口的壓差驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生氣流噴射；在氣路關(guān)閉時(shí)根本不產(chǎn)生射流.由

21、于微電機(jī)轉(zhuǎn)速可以通過調(diào)節(jié)電壓實(shí)現(xiàn)無級(jí)可調(diào),理論上可實(shí)現(xiàn)脈沖射流頻率的無級(jí)可調(diào),此外通過選擇適宜的縫柵條數(shù)及電機(jī)轉(zhuǎn)速,脈沖射流最大頻率可以到達(dá)數(shù)千赫茲.圖2電磁驅(qū)動(dòng)式脈沖射流器示意圖脈沖射流器特性分析非定常鼓勵(lì)信號(hào)的好壞直接影響著非定常限制效果,為了分析非定常限制抑制氣流別離的機(jī)理,鼓勵(lì)頻率需覆蓋非定常別離流主頻.考慮到葉柵通道內(nèi)別離渦主頻從幾百到上千赫茲不等,鼓勵(lì)源氣流狀態(tài)的變化周期在毫秒量級(jí).在如此高頻狀態(tài)下,如何產(chǎn)生強(qiáng)度可觀、頻率可控乃至波形可定制的脈沖射流對(duì)于后續(xù)的非定常限制實(shí)驗(yàn)有著重要的意義.因此首先針對(duì)脈沖射流器特性進(jìn)行了相關(guān)的研究,力求從原理上分析影響射流頻率及波形的結(jié)構(gòu)參數(shù)圖3脈

22、沖射流特性測(cè)量系統(tǒng)脈沖射流特性測(cè)量系統(tǒng)如圖3所示,其中葉片葉型參考中國(guó)燃?xì)鉁u輪研究院提供的某壓氣機(jī)靜子葉根截面設(shè)計(jì),葉片弦長(zhǎng)為80mm,葉高為100mm.射流縫出口位置位于弦長(zhǎng)71%處,出口縫寬為0.2mm,射流縫出口與壁面間角度為15.旋轉(zhuǎn)縫柵直徑為4mm,縫寬為0.8mm,轉(zhuǎn)靜子間隙為0.02mm,開縫條數(shù)4條,引氣口寬度為2.5mm,保證了柵內(nèi)氣路與引氣氣路在各個(gè)縫柵旋轉(zhuǎn)角度下都處于連通狀態(tài),射流器結(jié)構(gòu)參數(shù)、葉片安裝方式及測(cè)點(diǎn)分布如圖4所示.圖4射流器參數(shù)示意圖射流器旋轉(zhuǎn)縫柵轉(zhuǎn)速采用南京航空航天大學(xué)微型發(fā)動(dòng)機(jī)研究所研制的轉(zhuǎn)速傳感器采集,轉(zhuǎn)速限制通過脈沖射流限制系統(tǒng)完成.動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量參數(shù)主

23、要包括脈沖射流器出口縫內(nèi)靜壓及出口總壓,其中動(dòng)態(tài)壓力采用昆山雙橋CYG504GL型微型超微壓壓力傳感器測(cè)量.St342943944MbEMtiMFTima/T圖5壓力時(shí)域圖圖5給出了在進(jìn)口穩(wěn)態(tài)壓力1800Pa,旋轉(zhuǎn)縫柵轉(zhuǎn)速9000r/min時(shí)射流器出口縫內(nèi)靜壓及出口總壓時(shí)域圖,文中壓力均采用表壓表示.由圖可知：在旋轉(zhuǎn)縫柵旋轉(zhuǎn)一周過程中,射流器產(chǎn)生4股明顯的脈沖射流,這一特征在各個(gè)轉(zhuǎn)速狀態(tài)下均存在,說明脈沖射流器能產(chǎn)生明顯的脈沖射流且射流頻率無級(jí)可調(diào)；出口總壓變化與縫內(nèi)靜壓變化規(guī)律根本一致,幅值相對(duì)較小,其影響原因一方面由于氣流在射流器出口縫內(nèi)的流動(dòng)損失導(dǎo)致,另一方面是由于出口測(cè)量探針直徑(0.

24、6mm)大于射流縫出口寬度(0.2mm),實(shí)驗(yàn)測(cè)得的壓力與實(shí)際狀態(tài)下射流器出口壓力有一定的差異；縫內(nèi)靜壓及出口總壓均存在負(fù)壓,考慮到試驗(yàn)過程中進(jìn)口壓力根本保持在1800Pa左右,這一特征在定常射流狀態(tài)下并不存在,該特征的產(chǎn)生來源于流道的周期性開關(guān)過程.為了進(jìn)一步分析該現(xiàn)象,對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值模擬分析.數(shù)值模擬采用Ansys公司的Fluent二維大渦模擬方法進(jìn)行.計(jì)算域包含整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),總網(wǎng)格數(shù)約為9萬(wàn),其中旋轉(zhuǎn)局部采用Moving-Mesh進(jìn)行模擬,轉(zhuǎn)靜交接面采用Interface進(jìn)行處理,計(jì)算過程中考慮轉(zhuǎn)靜部件問間隙的影響,其中通道壁面及葉片前后緣附近網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行了局部加密,保證近壁面

25、y+M,圖6為模型結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格局部示意圖.計(jì)算過程中進(jìn)口壓力及縫柵轉(zhuǎn)速參考實(shí)驗(yàn)條件給定,采用雙時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行時(shí)間加速推進(jìn)求解,物理時(shí)間步長(zhǎng)為4M10上s,總計(jì)算時(shí)間為20倍脈沖射流周期.圖6模型結(jié)構(gòu)及網(wǎng)格局部示意圖(ncrtjicclearuiK產(chǎn)圖7給出了在一個(gè)脈沖射流周期內(nèi)不同時(shí)刻通道內(nèi)靜壓分布圖,當(dāng)縫柵內(nèi)流路與下游流道完全錯(cuò)位時(shí),柵內(nèi)氣流速度根本為零,柵內(nèi)流體總壓與上游進(jìn)口總壓相等,出口縫內(nèi)靜壓與外界大氣壓力根本相同t=0T,T為射流周期.隨著流道面積增加,柵內(nèi)高壓流體在壓差力作用下逐漸向下游流動(dòng),出口縫內(nèi)壓力隨之增加,然而氣流的加速導(dǎo)致靜壓逐漸降低,因此當(dāng)流通面積增加到一定程度時(shí),出口縫內(nèi)

26、靜壓到達(dá)最大值t=0.38T.隨著流道面積的進(jìn)一步增加,縫柵上游氣流流速增加,流路損失增加,柵內(nèi)氣流總靜壓有一定程度的降低t=0.5T.隨著流道面積從最大值逐漸減小,縫柵內(nèi)向下游流動(dòng)的流體逐漸減少,壓力逐漸降低,氣流速度也隨之逐漸降低；當(dāng)流路根本斷開時(shí),出口縫內(nèi)流體仍保持向下游流動(dòng),此時(shí)縫內(nèi)流體得不到有效補(bǔ)充,壓力降至大氣壓以下,形成瞬時(shí)局部負(fù)壓區(qū)域；當(dāng)縫內(nèi)流體向下游流動(dòng)速度降至零時(shí),局部負(fù)壓區(qū)壓力到達(dá)最小值t=0.88T,此后外界流體開始流入射流縫內(nèi),縫內(nèi)壓力逐漸增加.圖作同時(shí)刻瞬時(shí)壓力場(chǎng)數(shù)值模擬得到的射流縫內(nèi)靜壓及出口總壓變化規(guī)律與實(shí)驗(yàn)結(jié)果根本一致,表明本文采用的大渦模擬方法在把握射流器內(nèi)

27、流動(dòng)的主要特征方面具有一定的準(zhǔn)確度.由于加工誤差的存在,實(shí)際過程中旋轉(zhuǎn)縫柵4條縫隙兩兩之間的金屬輻條寬度并不完全相同,其中1號(hào)與4號(hào)縫隙之間間距約為2.2mm.該現(xiàn)象導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)測(cè)得的一個(gè)周期內(nèi)對(duì)應(yīng)的4個(gè)壓力波峰波谷值并不完全相同,具變化規(guī)律與旋轉(zhuǎn)縫柵4條縫隙之間的間距分布相吻合.說明在同等轉(zhuǎn)速下通過調(diào)整縫隙之間問距可以到達(dá)設(shè)計(jì)射流波形的目的,該現(xiàn)象的存在為后續(xù)脈沖射流波形的定制奠定了根底.值得說明的是：隨著射流頻率的增加,射流器出口縫內(nèi)平均壓力根本保持不變,壓力波動(dòng)幅值逐漸增加.仿葉柵通道模型簡(jiǎn)介無源脈沖射流限制方式針對(duì)的是高負(fù)荷壓氣機(jī)內(nèi)由于大擴(kuò)張導(dǎo)致的葉背側(cè)氣流別離,考慮到直接將該技術(shù)運(yùn)用至壓

28、氣機(jī)或平面葉柵進(jìn)行研究會(huì)面臨實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)復(fù)雜性的影響,不利于分析清楚流動(dòng)機(jī)理.為了簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?本文在抽取葉柵內(nèi)主要流動(dòng)特征的根底上建立了一套仿葉柵通道模型.通過對(duì)通道內(nèi)別離流動(dòng)進(jìn)行脈沖射流限制,掌握該限制方式的特點(diǎn),理解其抑制氣流別離的機(jī)理,從而為后續(xù)在平面葉柵乃至真實(shí)壓氣機(jī)中的運(yùn)用奠定根底.考慮到仿葉柵通道與葉柵通道在流場(chǎng)細(xì)節(jié)方面存在的差異性,因此后期將開展相應(yīng)的葉柵風(fēng)洞試驗(yàn)以驗(yàn)證無源脈沖限制技術(shù)的限制效果,具體仿葉柵通道實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D8所示.圖8仿葉柵通道結(jié)構(gòu)示意圖實(shí)驗(yàn)及測(cè)量方案試驗(yàn)主體結(jié)構(gòu)由仿葉柵通道、抽氣裝置、脈動(dòng)阻尼器和轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)及限制系統(tǒng)組成,實(shí)驗(yàn)進(jìn)口馬赫數(shù)為0.1.穩(wěn)態(tài)壓力測(cè)量參數(shù)包括

29、進(jìn)口靜壓、葉片及出口段外表靜壓和出口總壓分布；動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量參數(shù)包括脈沖射流器出口縫內(nèi)靜壓、葉片外表靜壓及通道內(nèi)壓力分布,其中通道內(nèi)動(dòng)態(tài)壓力分布通過移動(dòng)傳感器測(cè)量位置獲得,具體測(cè)點(diǎn)分布如圖9所示,其中7&流向總共13個(gè)測(cè)量位置,L1位置接近于葉片前緣,L7位置靠近尾緣,每個(gè)位置沿徑向測(cè)量17個(gè)點(diǎn),壁面附近局部加密.穩(wěn)態(tài)壓力參數(shù)采用美國(guó)PressureSystem公司的PSI智能壓力掃描儀采集,動(dòng)態(tài)壓力采用昆山雙橋CYG504GL型微型超微壓壓力傳感器測(cè)量.實(shí)驗(yàn)過程中各個(gè)狀態(tài)下數(shù)據(jù)采集時(shí)間均為120s,以減小出口截面氣流壓力波動(dòng)帶來的數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)通道內(nèi)流特性分析脈沖射流限制中射流頻率、位置及強(qiáng)度等參數(shù)

30、均以無控仿葉柵通道內(nèi)流動(dòng)特性為參考,為了分析脈沖射流對(duì)別離的限制規(guī)律,首先需針對(duì)無控仿葉柵通道內(nèi)流動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,掌握通道內(nèi)流動(dòng)的定常及非定常特性,為后續(xù)脈沖射流限制實(shí)驗(yàn)奠定根底.穩(wěn)態(tài)壓力分布測(cè)量分析脈沖射流限制的一個(gè)重要參數(shù)射流位置是相對(duì)別離點(diǎn)位置而言,結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)得的葉片外表及出口段靜壓分布曲線可得通道內(nèi)別離及再附點(diǎn)位置,其中別離點(diǎn)位置位于葉片弦長(zhǎng)60%處,對(duì)應(yīng)的射流縫出口位置位于別離區(qū)內(nèi).圖10給出了動(dòng)態(tài)壓力傳感器所測(cè)壓力平均值在通道內(nèi)的分布,其中通道內(nèi)測(cè)點(diǎn)與其對(duì)應(yīng)流向位置的參考線之間的距離反映了其壓力大小,由于通道內(nèi)部壓力的表壓值均為負(fù)值,因此每個(gè)流向位置對(duì)應(yīng)的壓力曲線均位于參考線前,距

31、離越大那么壓力值越小,其中c表示弦長(zhǎng),P*為測(cè)點(diǎn)壓力,/F0V(2表示進(jìn)口動(dòng)壓頭,P.和V.表示進(jìn)口氣流密度和速度.考慮到試驗(yàn)過程中動(dòng)態(tài)壓力傳感器測(cè)量方向垂直于葉片指向進(jìn)口方向,因此主流區(qū)內(nèi)所測(cè)壓力信號(hào)大致反映了測(cè)點(diǎn)的總壓大小.圖10通道內(nèi)平均壓力分布由圖可知,隨著氣流沿著葉片向下游流動(dòng),葉片外表附近氣流動(dòng)能一方面轉(zhuǎn)化為壓力能,另一方面受到壁面剪切阻力逐漸被耗散,流速逐漸降低,總壓隨之減小且影響范圍逐漸擴(kuò)展至通道內(nèi)部L1-L4.當(dāng)氣流流至別離點(diǎn)時(shí),葉片外表附近氣流發(fā)生別離,沿壁面法向測(cè)得的壓力曲線在壁面處根本垂直于壁面.其原因是別離區(qū)內(nèi)靜壓沿壁面法向梯度根本為零,沿徑向靜壓根本保持不變,而傳感

32、器所測(cè)壓力信號(hào)在別離區(qū)內(nèi)更為接近于靜壓.當(dāng)壓力曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí),說明測(cè)點(diǎn)沿法向逐漸移出別離區(qū)域,壓力曲線對(duì)應(yīng)的拐點(diǎn)可以理解為別離區(qū)的邊界線點(diǎn),因此結(jié)合別離點(diǎn)及再附點(diǎn)位置可大致得到通道內(nèi)別離區(qū)的位置及大小L5-L10.隨著通道內(nèi)別離的再附,壁面附近速度在主流區(qū)的影響下逐漸增加,壁面氣流總壓增加,主流區(qū)內(nèi)總壓逐漸降低,總壓型趨于平緩L11-L13.分流區(qū)特定截面上動(dòng)態(tài)流場(chǎng)的頻譜特性由于葉片別離區(qū)的存在導(dǎo)致通道內(nèi)包含不同尺度和頻率的旋渦,另一方面通道進(jìn)出口、上側(cè)壁面、測(cè)量段也將產(chǎn)生不同形式的干擾信號(hào),如何準(zhǔn)確把握通道內(nèi)占據(jù)主導(dǎo)地位的別離渦特性顯得尤為關(guān)鍵.考慮到別離渦在向下游移動(dòng)過程中沿徑向壓力有著明

33、顯的差異,導(dǎo)致沿徑向不同點(diǎn)壓力波動(dòng)幅值存在差異,因此在通道某一流向位置沿徑向取點(diǎn)做壓力的頻譜分析,如果存在某一頻率的幅值隨著徑向有著明顯的先增大再減小現(xiàn)象,那么可判斷此頻率應(yīng)為通道內(nèi)別離渦主頻I叩電CharuderiikticFrtquency:266HzIo.ftJLoctOniiMj圖11不同徑向位置壓力頻譜圖圖11給出了L9位置不同徑向測(cè)點(diǎn)的壓力頻譜分布圖,其中坐標(biāo)Location中0代表最近壁處測(cè)點(diǎn),1代表最遠(yuǎn)端測(cè)點(diǎn),具體測(cè)點(diǎn)位置參照?qǐng)D9.圖中Y表示測(cè)點(diǎn)與最近壁面測(cè)點(diǎn)之間的徑向間距,L表示最大間距,A表示測(cè)點(diǎn)壓力信號(hào)頻譜分析得到的幅值,Amax表示最大幅值.由圖可知,通道內(nèi)各個(gè)測(cè)點(diǎn)壓力

34、頻譜圖均存在較為明顯的峰值,其對(duì)應(yīng)頻率在266Hz左右.隨著測(cè)點(diǎn)位置逐漸向通道內(nèi)部移動(dòng),峰值越來越明顯,并在測(cè)點(diǎn)8及測(cè)點(diǎn)9位置到達(dá)最大值.隨著測(cè)點(diǎn)進(jìn)一步向通道內(nèi)移動(dòng),測(cè)點(diǎn)位置逐步遠(yuǎn)離別離渦影響范圍,壓力波動(dòng)幅值減小,峰值逐漸減小.試驗(yàn)過程中得到了頻率266Hz左右的壓力波動(dòng)幅值隨著徑向存在先增大再減小的現(xiàn)象,因此可以將頻率266Hz當(dāng)作通道內(nèi)別離渦主頻.反映流場(chǎng)非定常特征的重要參數(shù)是斯特勞哈爾數(shù)St=FD/U,其中F為渦脫落頻率,D為特征長(zhǎng)度,U為特征速度,該數(shù)值一般穩(wěn)定在0.17-0.19左右16.考慮到通道非定常效果來源于流動(dòng)的別離,特征長(zhǎng)度選為別離區(qū)最大徑向尺寸,特征速度選為別離區(qū)最大徑

35、向位置對(duì)應(yīng)的平均氣流速度17.計(jì)算得出的St=0.18,與參考值十分吻合,說明斯特勞哈爾數(shù)的特征量選擇符合通道流動(dòng)特征,驗(yàn)證了別離區(qū)大小判斷方式的合理性.別離區(qū)動(dòng)態(tài)壓力分布特性為了分析通道內(nèi)流動(dòng)的非定常特性,引入了標(biāo)準(zhǔn)差6用來評(píng)估壓力波動(dòng)程度.(Pl-P)2(P2-P)2(PN-P)2/N(1)式中：P為實(shí)驗(yàn)采集的測(cè)點(diǎn)壓力值；p為平均壓力；N為數(shù)據(jù)采集的樣本數(shù)目.標(biāo)準(zhǔn)差越大,壓力波動(dòng)幅值越大,測(cè)點(diǎn)受通道內(nèi)別離渦的影響程度就越大.圖12通道內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)差分布由圖12所示,靠近葉片前緣區(qū)域L1-L2,徑向標(biāo)準(zhǔn)差最大值點(diǎn)為最靠近壁面測(cè)點(diǎn),主流區(qū)內(nèi)壓力波動(dòng)較小,靠上壁面測(cè)點(diǎn)在上壁面的影響下壓力波動(dòng)較為明顯.

36、隨著氣流向下游流動(dòng),L3-L9位置對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差最大值點(diǎn)沿徑向逐漸向通道內(nèi)部移動(dòng),且幅值逐漸增大,并在L9位置處幅值到達(dá)最大值.隨著氣流繼續(xù)向下移動(dòng),標(biāo)準(zhǔn)差最大值對(duì)應(yīng)的徑向位置根本保持不變,幅值逐漸減小,標(biāo)準(zhǔn)差分布趨于平緩L10-L13.為了進(jìn)一步分析標(biāo)準(zhǔn)差分布與別離渦之間的關(guān)系,結(jié)合L9位置壓力平均值和標(biāo)準(zhǔn)差大小復(fù)原了測(cè)點(diǎn)壓力波動(dòng)特征,如圖13所示.口白BEOB1“1皿國(guó)0-W0圖13不同徑向位置壓力波動(dòng)特性從圖中可以看出通道內(nèi)局部位置存在瞬時(shí)最大壓力值大于大氣壓即進(jìn)口總壓的現(xiàn)象,該現(xiàn)象本質(zhì)原因是由于旋渦造成高度的流體動(dòng)能積聚,導(dǎo)致局部位置流體的瞬時(shí)能量大于進(jìn)口平均能量.圖中標(biāo)準(zhǔn)差最大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)

37、的平均壓力介于主流及別離區(qū)壓力之間,該點(diǎn)瞬時(shí)最大壓力值接近于徑向瞬時(shí)壓力極大值,考慮到旋渦低壓核心區(qū)內(nèi)中央速度根本為零,核心區(qū)內(nèi)最大瞬時(shí)總壓低于大氣壓,因此徑向壓力波動(dòng)最大值點(diǎn)大致位于別離渦與主流的交接面處,標(biāo)準(zhǔn)差最大值點(diǎn)與壁面之間的徑向距離大致反映了別離渦的尺寸大小.結(jié)合通道內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)差分布規(guī)律及標(biāo)準(zhǔn)差與旋渦之間的相互關(guān)系可知：通道內(nèi)旋渦產(chǎn)生于前緣并緊貼葉片外表向下游移動(dòng),并在別離點(diǎn)附近產(chǎn)生明顯的向通道內(nèi)部開展壯大的現(xiàn)象,旋渦尺寸到達(dá)最大值后根本保持不變,但渦量逐漸減小,最終在粘性的作用下逐漸被耗散.脈沖射流限制效果分析相比于定常限制方式,非定常限制最為關(guān)鍵的參數(shù)之一是非定常鼓勵(lì)頻率.對(duì)于脈沖射

38、流,在射流位置、角度及強(qiáng)度一定的根底上,本文針對(duì)仿葉柵通道進(jìn)行了射流頻率對(duì)通道總體性能的影響規(guī)律的試驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)測(cè)量了頻率從60Hz到600Hz的微脈沖射流對(duì)別離流的限制效果.射流器引氣口直接與大氣相連,射流縫參數(shù)參照脈沖射流器性能實(shí)驗(yàn),試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D14所示.圖14脈沖射流限制系統(tǒng)局部結(jié)構(gòu)圖15給出了射流頻率對(duì)通道出口總壓損失系數(shù)百的影響規(guī)律,其中壽=(p*-p；)/(%F0V02),p;表示進(jìn)口總壓,p；為出口總壓耙所測(cè)壓力平均值,0V(2表示進(jìn)口動(dòng)壓頭.考慮到射流平均動(dòng)量與主流動(dòng)量之比僅為0.3%左右,單純射流的注入導(dǎo)致的通道總壓損失的變化幅度相比于最正確狀態(tài)下限制效果而言相對(duì)圖15出口總

39、壓損失系數(shù)隨射流頻率的變化曲線由圖可知,隨著射流頻率的增加,總壓損失逐漸減小,當(dāng)射流頻率為264Hz時(shí)即接近于通道內(nèi)別離渦主頻時(shí)通道總壓損失最小,總壓損失較無控流場(chǎng)降低了約5%限制效果最為顯著.隨著射流頻率繼續(xù)增加,通道總壓損失逐步增加,限制效果逐漸減弱.值得說明的是,本文引入的無源脈沖射流限制技術(shù)在射流強(qiáng)度僅為0.3%的狀態(tài)下即得到了較定常射流限制更為顯著的限制效果,通過更小的能量輸入即可得到更佳的限制效果,在真實(shí)壓氣機(jī)狀態(tài)下將顯著減小由于引氣導(dǎo)致的壓力面流動(dòng)特征及壓氣機(jī)總體性能的變化.為了進(jìn)一步分析射流頻率對(duì)通道總體性能影響規(guī)律的產(chǎn)生機(jī)制,試驗(yàn)在不同射流頻率下分析了L9位置沿徑向不同測(cè)點(diǎn)的

40、動(dòng)態(tài)壓力特性.圖16給出了徑向第7號(hào)測(cè)點(diǎn)在無控、定常射流限制及不同頻率的脈沖射流限制狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的壓力頻譜圖,測(cè)點(diǎn)位置參照?qǐng)D10.圖16不同狀態(tài)下壓力頻譜圖比照比照分析圖16中5個(gè)狀態(tài)的壓力頻譜圖可知,定常射流狀態(tài)下壓力頻譜圖相比于無控流場(chǎng)并沒有明顯的差異,兩者壓力波動(dòng)特性并沒有本質(zhì)的差異.而隨著脈沖射流的注入,射流頻率對(duì)應(yīng)的頻譜幅值較周圍其它頻率有著明顯的躍升,且隨著射流頻率的增加,對(duì)應(yīng)的頻譜幅值呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì),并在射流頻率與通道內(nèi)別離渦主頻一致時(shí)到達(dá)最大值,且對(duì)應(yīng)的幅值-頻率曲線最為陡峭.考慮到頻譜分析FFT變化的頻譜幅值代表了信號(hào)分解對(duì)應(yīng)該頻率的正弦函數(shù)的振幅,在壓力脈動(dòng)強(qiáng)度一定的

41、根底上,幅值越大說明壓力信號(hào)更接近于正弦信號(hào),說明通道內(nèi)占據(jù)主導(dǎo)地位的別離渦導(dǎo)致的壓力脈動(dòng)的周期性特性更為明顯,流場(chǎng)結(jié)構(gòu)較無控、定常射流限制及其它脈沖射流頻率狀態(tài)更為有序.值得說明的是,頻譜圖中單一頻率對(duì)應(yīng)幅值增加并不意味著占主導(dǎo)地位的別離渦得到了強(qiáng)化,只能說明壓力信號(hào)的周期性特性得到了改善,渦系結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的變化只有在一段頻率區(qū)域內(nèi)進(jìn)行分析才有參考價(jià)值0當(dāng)脈沖射流頻率與通道內(nèi)主導(dǎo)地位的別離渦頻率一致時(shí),相比于單一射流頻率對(duì)應(yīng)的幅值增加,在絕大局部頻率區(qū)域頻譜幅值都有著明顯的下降,總幅值較無控狀態(tài)下降了10.7%.說明其它頻率的壓力脈動(dòng)強(qiáng)度有著明顯的降低,反映了在合理的脈沖射流作用下,通道內(nèi)絕大多

42、數(shù)渦系結(jié)構(gòu)對(duì)流場(chǎng)的影響程度被顯著的削弱.實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明射流頻率對(duì)脈沖射流的限制效果有著明顯的影響,采用該限制方式能到達(dá)限制氣流別離的目的.此外試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),脈沖射流限制效果受別離區(qū)位置及尺寸等參數(shù)影響,基于單一射流限制方案射流位置、角度及強(qiáng)度分析脈沖射流限制氣流別離的機(jī)理略顯牽強(qiáng),對(duì)其機(jī)理的進(jìn)一步研究將結(jié)合后續(xù)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬進(jìn)行.目前結(jié)果說明,在射流限制參數(shù)并未優(yōu)化的情況下,本文已獲得流動(dòng)損失降低約5%的效果,無源微脈沖射流技術(shù)是一種有希望的葉柵流動(dòng)限制方法.結(jié)論1無源脈沖射流限制方式中核心的脈沖射流器能產(chǎn)生明顯的脈沖射流且射流頻率無級(jí)可調(diào)；射流器出口瞬時(shí)總壓存在低于出口環(huán)境壓力的現(xiàn)象.2基于無源

43、脈沖限制方式的特點(diǎn)建立了一套仿葉柵通道試驗(yàn)臺(tái),得到了通道內(nèi)平均壓力及壓力波動(dòng)幅值的分布規(guī)律,大致得到了別離區(qū)大小和別離渦特性.在進(jìn)口馬赫數(shù)0.1狀態(tài)下,通道別離渦主頻為266Hz,對(duì)應(yīng)的斯特勞哈爾數(shù)St=0.18.3從通道總壓損失減小的效果來看,當(dāng)脈沖射流頻率接近通道內(nèi)別離渦主頻時(shí),通道總壓損失最小較無控狀態(tài)減小了約5%,脈沖射流限制效果最為明顯.此時(shí)通道內(nèi)占主導(dǎo)地位的別離渦的周期性特性得到了明顯的改善,其它頻率的旋渦對(duì)流場(chǎng)的影響程度在脈沖射流的作用下被削弱,流場(chǎng)結(jié)構(gòu)較無控、定常射流限制及其它脈沖射流頻率狀態(tài)更為有序.實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明了采用脈沖射流的限制方式能有效的抑制通道內(nèi)氣流別離,為后續(xù)的平面

44、葉柵實(shí)驗(yàn)奠定了根底.、f-y、.+卜參考文獻(xiàn)1 RivirRB,BonsJP,LakeJP.Passiveandactivecontrolofseparationingasturbines.AIAA-2000-2235,2000.2 HergtA,MeyerR,EngelK.Experimentalinvestigationofflowcontrolincompressorcascades.ASMEPaper,GT2006-90415,2006.3 GuoM,ZhangXY,ZhouS,etal.BVFapplicationonblowingcontrolofflowseparationofa

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