近失速条件下跨轴流压缩机的表面粗糙度效应
流体动力学
2024-10-10 v1
摘要
表面粗糙度是气体涡轮发动机性能衰减的主要贡献者。作为发动机空气路径中第一个组件，风扇和压缩机尤其容易受到表面粗糙度的影响。在低大气条件下，通常会因碎屑摄入、污垢、灰尘或昆虫残骸在多个操作循环中积累在叶片表面，从而导致表面粗糙度。压缩机转子内的流动本质上高度复杂。就设计组件而言，研究表面粗糙度对性能和流动力学的影响，尤其是在接近失速条件下，是至关重要的。在本研究中，我们考察了表面粗糙度对流动力学的影响，如冲击-边界层相互作用、叶尖和轴心流动分离、临界点的形成与变化以及叶尖泄漏涡旋等现象。在接近失速条件下，对NASA 67叶片进行平稳和不稳定的雷诺平均纳维-斯托克斯方程计算。通过表面流线、Q-判据和熵Contour分析，对流动力学进行定性和定量分析。结果表明，在从失速开始到完全失速的过程中，平滑情况下的阻塞率从90%跨度处的尖端处的21.7%上升到59.6%，而粗糙情况下的阻塞率从40.5%上升到75.2%。这种显著的阻塞现象由于涡旋破裂和混沌流动结构导致，引起了整机失速的发生。
引用
@article{arxiv.2409.07344,
title = {Surface roughness effects in a transonic axial flow compressor operating at near-stall conditions},
author = {Prashant B. Godse and Harshal D. Akolekar and A. M. Pradeep},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.07344},
year = {2024}
}