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叶轮机叶片的三维造型及其对叶片气动负荷的影响_邹正平

DOI:10.13224/http://www.hjavira.netki.jasp.1998.03.003

第13卷 第3期

1998年7月航空动力学报JournalofAerospacePowerVol.13No.3July 1998

叶轮机叶片的三维造型

及其对叶片气动负荷的影响

北京航空航天大学  邹正平** 赵令德 陈矛章 徐力平

【摘要】 研究叶轮机叶片的弯扭及掠形等因素对叶片气动负荷分布的影响。给出了一个针对叶轮

机内部流动的一般的掠角定义。基于线化的小扰动理论,用解析方法对叶片三维造型各因素的位

势影响进行了分析,并用三维粘性数值模拟进行了验证和分析。分析结果表明,叶轮机叶片的弯扭

和前缘掠形对叶片的负荷分布有重要的调节作用。合理利用三维造型的负荷调整功能可有效地调

整负荷沿展向和弦向的分布,为叶型设计提供新的自由度。

 主题词: 叶轮机械 叶片 三维流动

 分类号: V232.4

1 前 言

  随着对叶轮机性能要求的不断提高以及人们对其内部流动规律认识的深入,充分利用三维叶型以获得高性能的措施越来越受重视[1-3]。但是,对三维复杂叶型中流动现象的物理机制并不十分清楚,如小展弦比转子三维流动现象中典型的激波面扭曲和吸力面激波后掠[4]。这不仅给设计优化带来困难,使三维叶型参数的选择带有盲目性和任意性,在某些流动条件下甚至可能产生负的效果,使流动恶化。越来越多的研究表明,宏观流动是由压力分布控制的,粘性的作用只是流动机理之一而主要的驱动力是压力场。从表面上看存在很多压力场与粘性相互作用的例子,如激波—附面层干扰,二次流动等等,但其主导因素仍在于压力分布。而在另外一些情况下,流动完全由压力梯度控制,粘性只提供了耗散的机制。端壁二次流动的控制即为典型的例子:研究表明减少叶片通道前部的横向压力梯度,即减小叶片弦向前部的负荷可以有效地减弱二次流动及其损失[5]。另外,叶片展向的压力梯度对二次流动的分布也有重要的影响[6]。这样对设计者而言,控制二次流动的问题即转化为如何调整叶片,以获得所需的叶片负荷分布的问题。本文的目的,就是试图回答三维造型参数变化与叶片负荷分布之间的关系这一问题。本文用解析与数值的方法分析弯掠等关键三维造型参数对负荷分布的影响。同时通过解析与数值结果的分析对比来说明“在正常的叶片通道中,其宏观流动形态由理想流动所控制,即压力分布起控制流动的作用”的观点。

2 掠角和弯角定义

  对于弯角本文沿用文献[7]所介绍的定义,即定义积叠线端部切线与Z轴(径向)的夹角

1997年8月收稿;1997年10月收到修改稿。**男 26岁 博士生 教研室

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