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亚音速轴流压气机通道内二面角效应研究第一部分：观察设计入射角、偏转和流线曲率的变化
P. V. Ramakrishna and M. Govardhan
摘要
本文介绍了尖翼弦线扫研究（TCS）和轴向扫描（AXS）对低速轴流压气机转子叶片与转子性能基线情境（UNS）的不同间隙水平。在本文的第一部分讨论了设计参数变化时的叶片扫风情况，而第二部分主要对叶尖间隙泄漏流动现象以及15域与5扫描配置的研究（0°，20°TCS，30°TCS，20°AXS，和30°AXS）和3间隙（0%，0.7%，和2.7%的弦长）。利用商业CFD软件进行流场模拟与分析。结果与实验数据验证前掠流动率较少。这是真正的全跨度轴，扫很少。在失误率较高的跨中与尖翼弦线扫描观察，从而全面观察到减少流转向。AXS转子能更有效的传递能量，使尖翼弦线扫描偏转流向中心。
1.说明
扫描纳入基线叶轮机械叶片的倾斜轴的叠加关系中的流场，通过线性转换的翼型叶片从轮毂对于一个给定的扫描角，运动量在中心零和最高的尖端。三维前掠设计显示增加了压缩机的效率和经营范围[1-5]，中等后掠角变高，导致压力上升，从而抑制了二次损失[ 1，5,6]，降低叶片载荷的前缘部分[4，6]，和低间隙流堵塞[7]。利用亚音速叶片排扫描能够改善经营范围和效率高的特点，而在跨环境是由于在冲击结构的重大变化，前缘后掠角采用拟修改本地的叶片载荷条件的设计以减少冲击相关的损失[2,3]。前掠改变流场结构的低速轴流压缩机有以下几个特点：（1）减少叶片的尖端附近区域的额叶区域负荷，达到流前缘附近变得更宽的失误率的变化和减少这一区域的泄露的目的。（2）较低的流量系数使离心叶片边界层不会造成尖端部分的低能流体积累，而导致分离时运动性的减弱[1,4,5]。在压缩机转子的主要作用是使扫描出现在跨中，特别是附近的提示，在流量泄漏有限间隙已经有了自己的影响。
低展弦比的机器，在叶片速度和流量条件下的大变化是从轮毂（在子午面）。流条件通过枢纽的存在和套管壁进一步修改。基于无限翼展叶片的理论都是在这样的情况下，不同的是流线扭曲和展向流。据报道，在低纵横比配置扫描。从升力线理论，几乎所有的叶片设计程序（轴对称流动的假设之后，发现叶片溶液各轴对称流面）都是不合理的在叶片扫。这需要一些设计方面充分证实当叶片扫出现差异时保证有效的流动率、径向速度分布以及三维有效叶片角度刀片堆叠高度。史米斯和Yeh [8]表明，根据掠叶片的轴对称流中定义的部分表面的通流计算方法产生的设计是不正确的。相反，使用设计时部分垂直堆叠轴必须选择设计气动扫方程（lambda;），预计的和弦和预计的叶片间距将提供重要的参数，在这种情况下，叶片形状的正确性。涡轮叶栅的研究，普兰Pullen的变体和Harvey [十]显示为固定值的径向速度，为了保持一个固定的升力系数、基音弦比，必须降低叶片扫。这意味着增加润湿面积增加的叶片的叶型损失。即使有相同的间距比和相同数量的刀片，扫地/弯曲也会增加叶片的表面积，从而引起压力上升的损失和效率向高质量流量的增加以及对叶片表面摩擦损失[11]。
因为叶片的截面变化的轴向距离掠转子和定子之间成功的径向，是因为相当数量的阶段匹配的需要，例如，转子与定子之间的间隙增大了流动混合，由于压力损失的影响，改入流角由定子接收，结尾离开转子定位也不同，各种扫描/双面配置来抵消流的扭曲效应的静子叶片。
在目前的研究中，低速轴流压气机转子定子级流动现象被认为是研究转子清扫效果。同样的研究对整体的影响（全球），如总压系数的性能参数，轴向速度的分布，在转子流道损失，等等。本文的目的是在一个详细的方式呈现内部流动现象。
在本文的第一部分涉及的一些问题主要讨论叶片扫设计方面的变化，而第二部分主要对叶尖间隙泄漏流动现象扫光进行研究。
2.扫描配置
用各种各样的术语来描述堆叠线的修改（例如，扫描、精益、二面角、弓和斜）的研究人员。该公约在本工作说明通过图一。当翼型倾斜轴和叶片的尖端水平的方向，他们被称为“轴向扫描”和“尖翼弦线扫”，分别。设计了掠叶片是在这样一种方式，通道面积分布质量方面未波及转子弯曲，叶尖间隙，和坚固的保存。
这是明显的从文学的前掠的应用,其效果令人失望的，套管附近由于增加叶尖间隙损失而正弯曲减少间隙和中心角损失（加利莫尔等人.[11]）。根据文献[4-6,13]，这是考虑到更好的3D堆叠方案将结合尖端的翼弦线扫上反角，这原来是“轴扫”。三维叶片堆叠方案选择本研究示于表一。
三.计算的细节
3.1.计算模型
计算域包括一个转子由一个提到表规格定子排二。转子的设计给人一种强制涡流在恒定的出口绝对气流角，和一个特定的425thinsp;M工作二s二在0.60设计流量系数。
对叶片设计的重要考虑因素是：它应该有一个高弯度使厚边界层发展的后缘附近。弦长度宜常沿跨度，使用同一剖面的厚度保持不变，从轮毂到尖。定子的设计完成，绝对流动角离开定子轴向的准则。用于与这些转子连接定子径向，在所有情况下。定位到下游转子定子是在这样一种方式，转子轴向间隙之间的TE和定子乐在轮毂（37.5thinsp;毫米）一半的平均弦长的转子（75thinsp;毫米）。这是决定轴向间隙后观察（1）唤醒模式出来的转子通道（通过总压力等值线）（2）在这个流动站的绝对流动角变化。使用的标准是，应该充分混合以对静子叶片的影响最小。
叶片几何创建和网格生成是使用商业软件ANSYS格式。流量分析使用CFD模拟进行CFD商用软件ANSYSCFX 11。六面体网格采用细网格附近和在更好的网格分辨率的软件。解决方案是二阶精度。耦合求解器进行模拟。各种湍流模型进行流程建模。标准和SST湍流模型是预测流动物理接近实验。一个标准的湍流模型用于在墙壁的壁面函数处理自动模拟与计算量少。这两种湍流模型的计算结果与实验结果的比较[四]。网格独立性也进行了研究和网格尺寸优化700000网格单元为定子、转子和450000元素。在给定的边界条件下的流场细节图二。
流体选择25°C空气，通过密度受温度和压力的设定不可压缩。在固定的参照系的速度和流动方向在转子进口指定，而均匀静态压在定子指定（域）的出口。轮毂和叶片被指定为转动参照系中静止的墙，而转子套管内壁与内转子流量计数器旋转壁。冻结转子接口选择转子定子框架界面变化。计算流量系数为五的最低了phi;= 0.50高phi;= 0.71包括设计phi;= 0.60。
nondimensionalised流向的位置x舞台是这样定义的:x=0对应于域入口,x=2对应于定子（域）的出口。转子定子接口是x=1。所有的测量对应于转子的入口和出口是由转子上平行于域入口面和位于x=0.03和x=1.11（L一和L二图二）。
3.2.实验验证
数据三比较了展向变化的周向平均总压系数（Psi;）从目前CFD研究与实验[测量数据4]。无论是实验数据和CFD图对应一个尖端间隙tau;/ CH=0.007对于流量系数0.54和0.71。几乎对所有的主要参数（压力、速度变化图展，和流角度等）进行了验证，以类似的方式[4]。在良好的协议与实验下，CFD计算结果与未波及转子契合，计算预测近的尖端区域的压力系数20°由于TCS转子叶顶泄漏相关损失由流场求解低估计。lt;bgt;图3lt;/bgt;：变异系数在转子出口总压。
4.结果和观测
而重新设计的翼型改变叶片扫描的有效性一直是在变化的有效的入口速度，发生争论的主题，并造成扫最大厚度位置。虽然许多研究纳入扫描直接到基线设计[1-6,13]，一些研究人员重新设计了叶片部分缓解nonsweep参数的影响（如改变有效率、加载等）以及研究扫描的影响。经向速度、入口和出口的切向速度，因此气流角通常需要重新设计掠叶片截面与之前比较[10]。这个设计过程的基础是了解如何彻底改变这些设计参数。
4.1.扫描在发生变化
基线转子叶片设计为沿跨度变化率的一定的流量。然而，观察到从计算发生率总是略低于设计值。设计展的变化和观察到的参数见表
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