叶片漏漏流激发的不稳定及其控制
流体动力学
2024-05-17 v2
摘要
叶片漏漏流在涡轮机械中本质上产生强烈的非稳定特征，称为自激不稳定，这一现象尚未得到充分理解。本文采用分区大涡旋模拟 (ZLES) 进行研究，围绕一个线性级联结构进行模拟，并在叶尖区域对大涡旋模拟 (wall-modelled LES) 进行强制激活。该模拟得到良好验证，证明在感兴趣区域内保持等效预测精度的同时，能够有效降低计算工作量。系统讨论了叶片漏漏涡旋 (TLV) 结构的时间平均特性和空间谱特征。TLV 的自激不稳定过程包括叶尖间隙内的非稳定涡旋分离、叶尖喷流与主流的相互作用、主要叶尖漏漏涡旋 (PTLV) 的游动运动以及在端壁附近引起的分离。采用谱正交模态分解 (SPOD) 用于检验主导频率及其一致结构。发现这些不稳定特征由于 PTLV 破裂而从单一高频模式转变为多个较低频率模式。SPOD 和相关分析表明，TLV 的自激不稳定主要由非稳定涡旋分离、叶尖喷流与主流之间的相互作用引起。所引发的非稳定涡动沿叶尖喷流轨迹传播，导致 PTLV 核心的游动运动。基于对该不稳定性的分析，提出了一种微位移叶片设计，用于有效抑制这种不稳定性以及由此引起的湍流生成和压力波动。本工作改进了对叶片漏漏流动力学的理解，并为控制其相关不稳定流体振荡和噪声提供了指导。
引用
@article{arxiv.2405.09347,
title = {Tip-leakage-flow excited unsteadiness and associated control},
author = {Yabin Liu and Zhong-Nan Wang and Lei Tan and Paul Gary Tucker and Felix M. Möller},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.09347},
year = {2024}
}