工程分離流動(dòng)力學(xué)(下篇)

1、授課教師授課教師 韓萬(wàn)金韓萬(wàn)金 2008 年年 7 月月- 下篇：間隙尺寸、葉片彎曲和沖下篇：間隙尺寸、葉片彎曲和沖角對(duì)渦輪轉(zhuǎn)子葉柵拓?fù)渑c旋渦結(jié)構(gòu)的影響角對(duì)渦輪轉(zhuǎn)子葉柵拓?fù)渑c旋渦結(jié)構(gòu)的影響 第2頁(yè)采用墨跡法顯示壁面流譜。采用墨跡法顯示壁面流譜。在上篇理論分析基礎(chǔ)上，探討在上篇理論分析基礎(chǔ)上，探討間隙尺寸間隙尺寸、葉片彎曲葉片彎曲和和氣流沖角氣流沖角對(duì)渦輪轉(zhuǎn)子葉柵壁面與截面流譜的影響，對(duì)渦輪轉(zhuǎn)子葉柵壁面與截面流譜的影響，通過(guò)拓?fù)浞治?，獲取相應(yīng)的拓?fù)渑c旋渦結(jié)構(gòu)，從而通過(guò)拓?fù)浞治?，獲取相應(yīng)的拓?fù)渑c旋渦結(jié)構(gòu)，從而闡述上述三個(gè)參數(shù)的變化對(duì)渦輪轉(zhuǎn)子流動(dòng)特性的影闡述上述三個(gè)參數(shù)的變化對(duì)渦輪轉(zhuǎn)子流動(dòng)特性的影響

2、。響。 第3頁(yè)直葉片葉柵直葉片葉柵 正彎葉片葉柵正彎葉片葉柵 反彎葉片葉柵反彎葉片葉柵 第4頁(yè)a)直葉柵 b)正彎葉柵 c)反彎葉柵 葉片積迭線形狀 第5頁(yè)葉片弦長(zhǎng)葉高節(jié)距 t=90mm節(jié)弦比 t/b=0.763軸向弦長(zhǎng) B=118.5mm展弦比 h/b=0.913前緣圓半徑尾緣圓半徑葉片幾何進(jìn)氣角（從軸向算起） =50葉片幾何出氣角（從軸向算起） =-63葉片幾何折轉(zhuǎn)角 =113葉片數(shù) N=6葉頂間隙 ，2.5mm葉頂相對(duì)間隙 ，0.023進(jìn)口總壓葉柵出口葉展中部馬赫數(shù) M=0.3基于弦長(zhǎng)的雷諾數(shù) Re=8.3105進(jìn)口邊界層厚度120.5bmmmmh110mmR75. 61mmR37. 3

3、2p1p2mm4036. 0/hPaP10730*0mm14表一表一 葉柵的幾何與氣動(dòng)參數(shù)葉柵的幾何與氣動(dòng)參數(shù) 第6頁(yè)圖圖1 半球及其映像系統(tǒng)草圖半球及其映像系統(tǒng)草圖 具有頂部間隙葉柵橫截面流（或二次流）場(chǎng)中的奇點(diǎn)數(shù)目遵循的法則是： 02121）（）（SSNN 第7頁(yè)= 0.036 = 0.023 圖2 上端壁（有間隙側(cè)）壁面流動(dòng)顯示照片 0i 4.1上端壁的流動(dòng)顯示與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上端壁的流動(dòng)顯示與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 由 圖 可 見 ，由 圖 可 見 ，在上端壁形成了在上端壁形成了以葉頂前緣雙鞍以葉頂前緣雙鞍點(diǎn)分離以及圍繞點(diǎn)分離以及圍繞葉頂吸力邊與壓葉頂吸力邊與壓力 邊 的 分 離 線力 邊 的 分 離 線

4、Ls與再附線與再附線Lr為特征的流譜。為特征的流譜。 依次為直、正彎和反彎葉柵 第8頁(yè)圖圖 3 上端壁（有間隙側(cè)）壁面流場(chǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（直彎葉柵）上端壁（有間隙側(cè)）壁面流場(chǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（直彎葉柵） 0i 在有間隙側(cè)端壁在有間隙側(cè)端壁流場(chǎng)中有鞍點(diǎn)流場(chǎng)中有鞍點(diǎn)3個(gè)，附著結(jié)點(diǎn)個(gè)，附著結(jié)點(diǎn)2個(gè)，分離螺旋點(diǎn)個(gè)，分離螺旋點(diǎn)1個(gè)。個(gè)。 第9頁(yè)= 0.036 = 0.023 圖圖4 直葉片表面與下端壁流動(dòng)顯示照片直葉片表面與下端壁流動(dòng)顯示照片 4.2 下端壁與葉片表面流動(dòng)顯示與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下端壁與葉片表面流動(dòng)顯示與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 第10頁(yè)= 0.036 = 0.023 圖圖5 直葉片表面與下端壁的壁面流動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直葉片表面與下

5、端壁的壁面流動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 9個(gè)鞍點(diǎn)個(gè)鞍點(diǎn)4個(gè)附著結(jié)點(diǎn)個(gè)附著結(jié)點(diǎn)4個(gè)分離結(jié)點(diǎn)個(gè)分離結(jié)點(diǎn)1個(gè)分離螺旋點(diǎn)個(gè)分離螺旋點(diǎn) = 0.036 = 0.023 5個(gè)鞍點(diǎn)個(gè)鞍點(diǎn)2個(gè)附著結(jié)點(diǎn)個(gè)附著結(jié)點(diǎn)3個(gè)分離結(jié)點(diǎn)個(gè)分離結(jié)點(diǎn)第11頁(yè)= 0.036 = 0.023 圖圖6 具有葉頂間隙的渦輪直葉柵壁面流動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有葉頂間隙的渦輪直葉柵壁面流動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 12個(gè)鞍點(diǎn)個(gè)鞍點(diǎn)6個(gè)附著結(jié)點(diǎn)個(gè)附著結(jié)點(diǎn)4個(gè)分離結(jié)點(diǎn)個(gè)分離結(jié)點(diǎn)2個(gè)分離螺旋點(diǎn)個(gè)分離螺旋點(diǎn) 8個(gè)鞍點(diǎn)個(gè)鞍點(diǎn)4個(gè)附著結(jié)點(diǎn)個(gè)附著結(jié)點(diǎn)3個(gè)分離結(jié)點(diǎn)個(gè)分離結(jié)點(diǎn)1個(gè)分離螺旋點(diǎn)個(gè)分離螺旋點(diǎn)= 0.036 = 0.023 第12頁(yè)= 0.036 , 0.023圖圖7 直葉柵直葉柵30%相

6、對(duì)軸向弦長(zhǎng)橫截面二次流場(chǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)軸向弦長(zhǎng)橫截面二次流場(chǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 4.3 橫截面二次流動(dòng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)橫截面二次流動(dòng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 在該截面上有在該截面上有2個(gè)鞍點(diǎn)，個(gè)鞍點(diǎn)，2個(gè)半個(gè)半鞍點(diǎn)，鞍點(diǎn)，2個(gè)附著個(gè)附著結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)，1個(gè)半分個(gè)半分離結(jié)點(diǎn)和離結(jié)點(diǎn)和1個(gè)半個(gè)半附著結(jié)點(diǎn)。附著結(jié)點(diǎn)。 第13頁(yè)0.036=0.023 圖圖8 直葉柵出口附近橫截面二次流場(chǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直葉柵出口附近橫截面二次流場(chǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 鞍點(diǎn)鞍點(diǎn)3 3個(gè)，個(gè)，結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)6 6個(gè)，個(gè)，半鞍點(diǎn)半鞍點(diǎn)9 9個(gè)，個(gè)，半結(jié)點(diǎn)半結(jié)點(diǎn)3 3個(gè)，個(gè)， 0.036=0.023 鞍點(diǎn)鞍點(diǎn)3 3個(gè)，個(gè)，結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)4 4個(gè)，個(gè)，半鞍點(diǎn)半鞍點(diǎn)5 5個(gè)，個(gè)，半結(jié)點(diǎn)半結(jié)點(diǎn)3

7、3個(gè)，個(gè)， 第14頁(yè)= 0.036 = 0.023 圖圖9 具葉頂間隙常規(guī)直葉柵的旋渦結(jié)構(gòu)具葉頂間隙常規(guī)直葉柵的旋渦結(jié)構(gòu) 七個(gè)集中渦系：七個(gè)集中渦系：1 上端壁壓力邊馬蹄渦上端壁壓力邊馬蹄渦 2上端壁吸上端壁吸力邊馬蹄渦力邊馬蹄渦 3 下端壁馬蹄渦下端壁馬蹄渦4 上通道渦上通道渦 5 下通道渦下通道渦 6 葉頂分葉頂分離渦離渦 7 泄漏渦泄漏渦九大集中渦系：九大集中渦系：1 上端壁壓力邊馬蹄渦上端壁壓力邊馬蹄渦 2上端壁上端壁吸力邊馬蹄渦吸力邊馬蹄渦 3 下端壁馬蹄渦下端壁馬蹄渦 4上通道渦上通道渦 5 下通道渦下通道渦 6 下端壁下端壁吸力邊壁角渦吸力邊壁角渦 7 葉頂分離渦葉頂分離渦 8

8、葉頂二次渦葉頂二次渦 9泄漏渦泄漏渦= 0.036 = 0.023 較大間隙下較大間隙下較小間隙下較小間隙下第15頁(yè)奇點(diǎn)類型奇點(diǎn)類型鞍點(diǎn)鞍點(diǎn)附著結(jié)點(diǎn)附著結(jié)點(diǎn)分離結(jié)點(diǎn)分離結(jié)點(diǎn)分離螺旋點(diǎn)分離螺旋點(diǎn)總數(shù)總數(shù)葉片類型葉片類型相對(duì)間隙相對(duì)間隙直葉柵直葉柵反彎葉柵反彎葉柵=0.0361264224=0.023843116正彎葉柵正彎葉柵=0.0361053220=0.023632112表表1 具葉頂間隙葉柵壁面流動(dòng)奇點(diǎn)類型、數(shù)目簡(jiǎn)表具葉頂間隙葉柵壁面流動(dòng)奇點(diǎn)類型、數(shù)目簡(jiǎn)表 如如圖圖2至至5表示的那樣，在兩種間隙下，由于泄漏流量主要發(fā)生在朝向外端壁的方表示的那樣，在兩種間隙下，由于泄漏流量主要發(fā)生在朝向外端

9、壁的方向，相對(duì)間隙的大小并不影響上端壁的壁面流譜，上端壁的壁面流動(dòng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基本向，相對(duì)間隙的大小并不影響上端壁的壁面流譜，上端壁的壁面流動(dòng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基本相同，即了除了奇點(diǎn)的位置略有差別外，奇點(diǎn)的類型、數(shù)量及分布大致相同相同，即了除了奇點(diǎn)的位置略有差別外，奇點(diǎn)的類型、數(shù)量及分布大致相同。 由由表表1可以看出，在較大間隙下葉柵壁面流動(dòng)中的奇點(diǎn)數(shù)目大于較小間隙。說(shuō)明較大可以看出，在較大間隙下葉柵壁面流動(dòng)中的奇點(diǎn)數(shù)目大于較小間隙。說(shuō)明較大間隙葉柵內(nèi)流場(chǎng)比較小間隙混亂得多，氣體繞流較大間隙葉柵必然引起較大的熵增。間隙葉柵內(nèi)流場(chǎng)比較小間隙混亂得多，氣體繞流較大間隙葉柵必然引起較大的熵增。 第16頁(yè) 奇點(diǎn)

10、類型奇點(diǎn)類型鞍點(diǎn)鞍點(diǎn)結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)半鞍點(diǎn)半鞍點(diǎn)半結(jié)點(diǎn)半結(jié)點(diǎn)葉片類型葉片類型相對(duì)間隙相對(duì)間隙直葉柵直葉柵反彎葉柵反彎葉柵=0.0363693=0.0233453正彎葉柵正彎葉柵=0.0362582=0.0232342表表2 具葉頂間隙葉柵出口附近橫截面二次流場(chǎng)奇點(diǎn)類型、數(shù)目簡(jiǎn)表具葉頂間隙葉柵出口附近橫截面二次流場(chǎng)奇點(diǎn)類型、數(shù)目簡(jiǎn)表 兩種間隙下葉柵出口橫截面二次流場(chǎng)中奇點(diǎn)數(shù)目亦不相同，較大間隙下的兩種間隙下葉柵出口橫截面二次流場(chǎng)中奇點(diǎn)數(shù)目亦不相同，較大間隙下的奇點(diǎn)數(shù)目，特別是位于壁面上的半奇點(diǎn)的數(shù)目比較小間隙多奇點(diǎn)數(shù)目，特別是位于壁面上的半奇點(diǎn)的數(shù)目比較小間隙多50%。Lighthill的三維分離模式表

11、明，壁面上的半奇點(diǎn)愈多，壁面剪切效應(yīng)愈顯著。較大間隙的三維分離模式表明，壁面上的半奇點(diǎn)愈多，壁面剪切效應(yīng)愈顯著。較大間隙葉柵的壁面剪切效應(yīng)明鮮高于較小間隙，因此較大間隙葉柵壁面附近的摩擦損葉柵的壁面剪切效應(yīng)明鮮高于較小間隙，因此較大間隙葉柵壁面附近的摩擦損失遠(yuǎn)高于較小間隙葉柵。失遠(yuǎn)高于較小間隙葉柵。 第17頁(yè)= 0.036 = 0.023 圖圖10 正、反彎葉柵下端壁與葉片壁面流動(dòng)墨跡顯示照片正、反彎葉柵下端壁與葉片壁面流動(dòng)墨跡顯示照片 正彎葉柵正彎葉柵 反彎葉柵反彎葉柵 第18頁(yè)= 0.036 = 0.023 圖圖11 正、反彎葉柵下端壁與葉片表面流動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)正、反彎葉柵下端壁與葉片表面流動(dòng)

12、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 正彎葉柵正彎葉柵 反彎葉柵反彎葉柵 第19頁(yè)= 0.023 = 0.036 圖圖12 正彎葉柵接近出口橫截面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)正彎葉柵接近出口橫截面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 第20頁(yè)= 0.036 = 0.023 圖圖13 正、反彎葉柵旋渦結(jié)構(gòu)示意圖正、反彎葉柵旋渦結(jié)構(gòu)示意圖 正彎葉柵正彎葉柵 反彎葉柵反彎葉柵 第21頁(yè) 在在 =0.036的條件下，葉片正彎消除了上通道渦分離的條件下，葉片正彎消除了上通道渦分離線，即消除了上通道渦，使得葉柵壁面流場(chǎng)中的奇點(diǎn)總數(shù)由線，即消除了上通道渦，使得葉柵壁面流場(chǎng)中的奇點(diǎn)總數(shù)由直葉片的直葉片的24個(gè)減少至正彎葉片的個(gè)減少至正彎葉片的20個(gè)，接近出口橫截面二次個(gè)，接近出口橫截

13、面二次流場(chǎng)中的半奇點(diǎn)數(shù)由直葉片的流場(chǎng)中的半奇點(diǎn)數(shù)由直葉片的12個(gè)減少至正彎葉片的個(gè)減少至正彎葉片的10個(gè)。個(gè)。 在在 =0.023的情況下，葉片正彎同樣消除了上通道渦分的情況下，葉片正彎同樣消除了上通道渦分離線，這時(shí)在葉頂僅有二次渦分離線，并且該線起始于非奇離線，這時(shí)在葉頂僅有二次渦分離線，并且該線起始于非奇點(diǎn)，葉頂泄漏流動(dòng)在吸力邊的分離為開式分離。類似地，葉點(diǎn)，葉頂泄漏流動(dòng)在吸力邊的分離為開式分離。類似地，葉片正彎導(dǎo)致葉柵壁面流場(chǎng)中奇點(diǎn)總數(shù)由直葉片的片正彎導(dǎo)致葉柵壁面流場(chǎng)中奇點(diǎn)總數(shù)由直葉片的16個(gè)減少至個(gè)減少至正彎葉片的正彎葉片的12個(gè)，接近出口橫截面二次流場(chǎng)中的半奇點(diǎn)總數(shù)個(gè)，接近出口橫截面

14、二次流場(chǎng)中的半奇點(diǎn)總數(shù)由直葉片的由直葉片的8個(gè)減少至正彎葉片的個(gè)減少至正彎葉片的6個(gè)。個(gè)。 概括地說(shuō)：概括地說(shuō)：葉片反彎僅改變奇點(diǎn)發(fā)生的位置，奇點(diǎn)的類型葉片反彎僅改變奇點(diǎn)發(fā)生的位置，奇點(diǎn)的類型與數(shù)目不變，亦即葉柵的拓?fù)渑c旋渦結(jié)構(gòu)基本不變。葉片正與數(shù)目不變，亦即葉柵的拓?fù)渑c旋渦結(jié)構(gòu)基本不變。葉片正彎消除了上通道渦分離線，亦即消除了上通道渦，并減少了彎消除了上通道渦分離線，亦即消除了上通道渦，并減少了葉柵壁面流場(chǎng)中奇點(diǎn)與橫截面二次流場(chǎng)中半奇點(diǎn)的數(shù)目。葉柵壁面流場(chǎng)中奇點(diǎn)與橫截面二次流場(chǎng)中半奇點(diǎn)的數(shù)目。 第22頁(yè)直葉柵直葉柵 正彎葉柵正彎葉柵 反彎葉柵反彎葉柵 圖圖14 20沖角下上端壁壁面流動(dòng)顯示照

15、片沖角下上端壁壁面流動(dòng)顯示照片 第23頁(yè)圖圖15 20沖角下圖上端壁拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)沖角下圖上端壁拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 除了奇點(diǎn)的位置、流動(dòng)分離范圍有除了奇點(diǎn)的位置、流動(dòng)分離范圍有差別外，差別外，20沖角下三套葉柵上端沖角下三套葉柵上端壁壁面流譜中的奇點(diǎn)數(shù)量和類型與壁壁面流譜中的奇點(diǎn)數(shù)量和類型與零沖角下的一致。與零沖角下三套零沖角下的一致。與零沖角下三套葉柵上端壁的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較，在葉柵上端壁的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較，在20沖角下雙鞍點(diǎn)沖角下雙鞍點(diǎn) 和和 的位置的位置向葉柵上游和流道中部移動(dòng)，壓力向葉柵上游和流道中部移動(dòng)，壓力邊與吸力邊邊與吸力邊馬蹄渦馬蹄渦分離線的兩對(duì)分分離線的兩對(duì)分支圍繞的區(qū)域在垂直與來(lái)流的方向支圍繞的區(qū)

16、域在垂直與來(lái)流的方向上擴(kuò)展，并且該兩對(duì)分支與環(huán)繞吸上擴(kuò)展，并且該兩對(duì)分支與環(huán)繞吸力邊向下游延伸的分離線力邊向下游延伸的分離線 的交匯的交匯點(diǎn)要移向上游。葉頂與流道對(duì)應(yīng)的點(diǎn)要移向上游。葉頂與流道對(duì)應(yīng)的上端壁上的極限流線都更趨向與壓上端壁上的極限流線都更趨向與壓力邊和吸力邊正交。力邊和吸力邊正交。 lShSsL第24頁(yè)圖圖16 20沖角下直葉柵葉片表面與下端壁流動(dòng)顯示照片沖角下直葉柵葉片表面與下端壁流動(dòng)顯示照片 第25頁(yè)圖圖1720沖角下直葉柵葉片表面與下端壁拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)沖角下直葉柵葉片表面與下端壁拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 第26頁(yè)圖圖1820沖角下常規(guī)直葉柵旋渦結(jié)構(gòu)沖角下常規(guī)直葉柵旋渦結(jié)構(gòu) 第27頁(yè) 從從圖圖16-

17、18，可以看出與相同間隙下零沖角直葉柵對(duì)比可見，可以看出與相同間隙下零沖角直葉柵對(duì)比可見，正沖角引起葉片表面與下端壁流譜發(fā)生如下三點(diǎn)變化：正沖角引起葉片表面與下端壁流譜發(fā)生如下三點(diǎn)變化：第一第一，下端壁葉片前緣鞍點(diǎn)，下端壁葉片前緣鞍點(diǎn) 向葉柵上游及流道中部移動(dòng)，下端壁向葉柵上游及流道中部移動(dòng)，下端壁吸力面附近鞍點(diǎn)吸力面附近鞍點(diǎn) ，鄰近葉頂吸力面上的鞍點(diǎn)，鄰近葉頂吸力面上的鞍點(diǎn) 以及葉頂鞍點(diǎn)以及葉頂鞍點(diǎn) 也分別移向上游，這說(shuō)明下端壁進(jìn)口馬蹄渦、上下通道渦和吸力也分別移向上游，這說(shuō)明下端壁進(jìn)口馬蹄渦、上下通道渦和吸力面壁角渦以及葉頂分離渦和二次渦均在較上游位置發(fā)生，相同軸面壁角渦以及葉頂分離渦和二

18、次渦均在較上游位置發(fā)生，相同軸向弦長(zhǎng)處旋渦強(qiáng)度增大。向弦長(zhǎng)處旋渦強(qiáng)度增大。第二第二，上、下通道渦分離線大約在距前緣，上、下通道渦分離線大約在距前緣75%軸向弦長(zhǎng)處相交，旋軸向弦長(zhǎng)處相交，旋向相反的上、下通道渦在此位置匯合，發(fā)生劇烈的相互作用，渦向相反的上、下通道渦在此位置匯合，發(fā)生劇烈的相互作用，渦能耗散損失劇烈增長(zhǎng)。對(duì)于直葉柵的總流動(dòng)損失，在零沖角下上能耗散損失劇烈增長(zhǎng)。對(duì)于直葉柵的總流動(dòng)損失，在零沖角下上通道渦與泄漏渦相互作用損失在其中占主要比例，而在正沖角下通道渦與泄漏渦相互作用損失在其中占主要比例，而在正沖角下上、下通道渦匯合產(chǎn)生的損失占主要部分。上、下通道渦匯合產(chǎn)生的損失占主要部分。

19、第三，第三，由于上下通道渦分離線的相交，使得直葉柵壁面流場(chǎng)中的奇由于上下通道渦分離線的相交，使得直葉柵壁面流場(chǎng)中的奇點(diǎn)總數(shù)由零沖角下的點(diǎn)總數(shù)由零沖角下的18個(gè)下降至個(gè)下降至16個(gè)，其中鞍點(diǎn)和分離結(jié)點(diǎn)各個(gè)，其中鞍點(diǎn)和分離結(jié)點(diǎn)各減少減少1個(gè)。個(gè)。 aSbScSS第28頁(yè)圖圖1920沖角下正彎葉柵葉片表面與下端壁流動(dòng)顯示照片沖角下正彎葉柵葉片表面與下端壁流動(dòng)顯示照片 第29頁(yè)圖圖2020沖角下正彎葉柵葉片表面與下端壁拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)沖角下正彎葉柵葉片表面與下端壁拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 第30頁(yè)圖圖2120沖角下正彎葉柵旋渦結(jié)構(gòu)沖角下正彎葉柵旋渦結(jié)構(gòu) 20沖角下正彎葉柵葉片表面和沖角下正彎葉柵葉片表面和下端壁壁面流場(chǎng)中的奇

20、點(diǎn)類型和下端壁壁面流場(chǎng)中的奇點(diǎn)類型和數(shù)量與零沖角下的正彎葉柵相同，數(shù)量與零沖角下的正彎葉柵相同，下端壁葉片前緣鞍點(diǎn)下端壁葉片前緣鞍點(diǎn) 與吸力面與吸力面附近鞍點(diǎn)附近鞍點(diǎn) 發(fā)生的位置在本實(shí)驗(yàn)發(fā)生的位置在本實(shí)驗(yàn)的六套葉柵中處于最上游，下端的六套葉柵中處于最上游，下端壁進(jìn)口馬蹄渦與下通道渦亦在葉壁進(jìn)口馬蹄渦與下通道渦亦在葉柵的最上游形成（柵的最上游形成（圖圖1921）。）。下通道渦在距前緣下通道渦在距前緣30%相對(duì)軸向相對(duì)軸向弦長(zhǎng)處就爬升至大約位于葉展中弦長(zhǎng)處就爬升至大約位于葉展中部的零展向壓力梯度線附近，并部的零展向壓力梯度線附近，并沿該線方向卷吸運(yùn)動(dòng)向下游。由沿該線方向卷吸運(yùn)動(dòng)向下游。由于葉片正彎

21、消除了上通道渦，葉于葉片正彎消除了上通道渦，葉展中部區(qū)域不存在兩旋向相反渦展中部區(qū)域不存在兩旋向相反渦系間的相互作用。系間的相互作用。 aSbS第31頁(yè)圖圖2220沖角下反彎葉柵葉片表面與下端壁流動(dòng)顯示照片沖角下反彎葉柵葉片表面與下端壁流動(dòng)顯示照片 第32頁(yè)圖圖2320沖角下反彎葉柵葉片表面與下端壁拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)沖角下反彎葉柵葉片表面與下端壁拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 第33頁(yè)圖圖2420沖角下反彎葉柵旋渦結(jié)構(gòu)沖角下反彎葉柵旋渦結(jié)構(gòu) 在在20沖角下反彎葉柵沖角下反彎葉柵下端壁與葉片表面的拓?fù)湎露吮谂c葉片表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與直葉柵基本相同，結(jié)構(gòu)與直葉柵基本相同，即奇點(diǎn)的類型與數(shù)目相符，即奇點(diǎn)的類型與數(shù)目相符，僅奇點(diǎn)發(fā)生的位

22、置不同僅奇點(diǎn)發(fā)生的位置不同（圖圖2224）。四個(gè)鞍）。四個(gè)鞍點(diǎn)點(diǎn) 、 、 和和 位于位于零沖角直葉柵對(duì)應(yīng)鞍點(diǎn)的零沖角直葉柵對(duì)應(yīng)鞍點(diǎn)的上游和上游和20沖角直葉柵對(duì)沖角直葉柵對(duì)應(yīng)鞍點(diǎn)的下游。上、下通應(yīng)鞍點(diǎn)的下游。上、下通道渦在尾緣上游相交，重道渦在尾緣上游相交，重合段長(zhǎng)度小于合段長(zhǎng)度小于20沖角下沖角下直葉柵。直葉柵。 aSbScSS第34頁(yè)1對(duì)于零沖角常規(guī)直葉柵，當(dāng)其葉頂相對(duì)間隙對(duì)于零沖角常規(guī)直葉柵，當(dāng)其葉頂相對(duì)間隙=0.036時(shí)，在時(shí)，在柵內(nèi)形成了由柵內(nèi)形成了由24個(gè)奇點(diǎn)、個(gè)奇點(diǎn)、9條分離線構(gòu)成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及由條分離線構(gòu)成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及由上端壁壓力邊與吸力邊馬蹄渦、葉頂壓力邊分離渦與吸力邊上端

23、壁壓力邊與吸力邊馬蹄渦、葉頂壓力邊分離渦與吸力邊二次渦、泄漏渦、上下通道渦，下端壁進(jìn)口邊馬蹄渦與吸力二次渦、泄漏渦、上下通道渦，下端壁進(jìn)口邊馬蹄渦與吸力面壁角渦九大集中渦系構(gòu)成的旋渦結(jié)構(gòu)；當(dāng)葉柵的葉頂相對(duì)面壁角渦九大集中渦系構(gòu)成的旋渦結(jié)構(gòu)；當(dāng)葉柵的葉頂相對(duì)間隙下降至間隙下降至=0.023時(shí)，柵內(nèi)壁面流場(chǎng)中奇點(diǎn)和分離線的數(shù)時(shí)，柵內(nèi)壁面流場(chǎng)中奇點(diǎn)和分離線的數(shù)目分別下降至目分別下降至16個(gè)和個(gè)和7條，在旋渦結(jié)構(gòu)中沒(méi)有出現(xiàn)葉頂壓力條，在旋渦結(jié)構(gòu)中沒(méi)有出現(xiàn)葉頂壓力邊分離渦和下端壁吸力面壁角渦。邊分離渦和下端壁吸力面壁角渦。2在沖角為零、葉頂相對(duì)間隙為在沖角為零、葉頂相對(duì)間隙為0.036或或0.023以及

24、沖角為以及沖角為20、葉頂相對(duì)間隙為、葉頂相對(duì)間隙為0.036的情況下，葉片正彎均消除了的情況下，葉片正彎均消除了上通道渦，這一方面減少了壁面流場(chǎng)中奇點(diǎn)和分離線的數(shù)量，上通道渦，這一方面減少了壁面流場(chǎng)中奇點(diǎn)和分離線的數(shù)量，較大地降低了上通道渦與泄漏渦的相互作用損失，另一方面較大地降低了上通道渦與泄漏渦的相互作用損失，另一方面強(qiáng)化了端壁橫流對(duì)泄漏流動(dòng)的封堵作用，從而降低了相對(duì)漏強(qiáng)化了端壁橫流對(duì)泄漏流動(dòng)的封堵作用，從而降低了相對(duì)漏氣量。氣量。第35頁(yè)3在葉頂間隙為在葉頂間隙為0.036的三套葉柵中，當(dāng)氣流沖角由的三套葉柵中，當(dāng)氣流沖角由0增至增至20 ，與零沖角下的同類葉柵相比較，鞍點(diǎn)，與零沖角下

25、的同類葉柵相比較，鞍點(diǎn)的位置均移向上游，分離區(qū)的范圍在沿流向和垂直流的位置均移向上游，分離區(qū)的范圍在沿流向和垂直流向的方向上擴(kuò)大，上、下通道渦分離線向葉展中部爬向的方向上擴(kuò)大，上、下通道渦分離線向葉展中部爬升。在常規(guī)直葉柵中，上、下通道渦分離線在葉展中升。在常規(guī)直葉柵中，上、下通道渦分離線在葉展中部部75%軸向弦長(zhǎng)處相交，旋向相反的上、下通道渦匯軸向弦長(zhǎng)處相交，旋向相反的上、下通道渦匯合引起流動(dòng)損失增大；葉片正彎同樣消除了上通道渦，合引起流動(dòng)損失增大；葉片正彎同樣消除了上通道渦，因而消除了上、下通道渦在葉展中部區(qū)域的相互作用因而消除了上、下通道渦在葉展中部區(qū)域的相互作用損失；葉片反彎導(dǎo)致上、下

26、通道渦分離線相交的長(zhǎng)度損失；葉片反彎導(dǎo)致上、下通道渦分離線相交的長(zhǎng)度小于常規(guī)直葉柵。小于常規(guī)直葉柵。第36頁(yè)夏雪湔夏雪湔,鄧學(xué)鎣，工程分離流動(dòng)力學(xué)，北京航空航天大學(xué)出版社，鄧學(xué)鎣，工程分離流動(dòng)力學(xué)，北京航空航天大學(xué)出版社，1991.5吳建民主編吳建民主編 ，陳則霖，吳文正編譯，高等空氣動(dòng)力學(xué)，北京航空航天大學(xué)，陳則霖，吳文正編譯，高等空氣動(dòng)力學(xué)，北京航空航天大學(xué)出版社，出版社，1992王保國(guó)王保國(guó) 黃虹賓黃虹賓 ，葉輪機(jī)械跨聲速及亞聲速流場(chǎng)的計(jì)算方法，葉輪機(jī)械跨聲速及亞聲速流場(chǎng)的計(jì)算方法 ，國(guó)防工業(yè)出，國(guó)防工業(yè)出版社版社 ，2000.01 劉謀佶等著劉謀佶等著 ，邊條翼及旋渦分離流，邊條翼及旋

27、渦分離流 ，北京航空學(xué)院出版社，北京航空學(xué)院出版社，1988.5張涵信，分離流與旋渦運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)分析張涵信，分離流與旋渦運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)分析 ，國(guó)防工業(yè)出版社，國(guó)防工業(yè)出版社， 2005.7楊慶海楊慶海, 黃洪雁黃洪雁, 韓萬(wàn)金韓萬(wàn)金. 有葉頂間隙的渦輪彎葉柵拓?fù)渑c旋渦結(jié)構(gòu)有葉頂間隙的渦輪彎葉柵拓?fù)渑c旋渦結(jié)構(gòu)()試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、端壁與葉片表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒍吮谂c葉片表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu). 應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué). 2002, 23(8): 843-850楊慶海楊慶海, 黃洪雁黃洪雁, 韓萬(wàn)金韓萬(wàn)金. 有葉頂間隙的渦輪彎葉柵拓?fù)渑c旋渦結(jié)構(gòu)有葉頂間隙的渦輪彎葉柵拓?fù)渑c旋渦結(jié)構(gòu)()橫截面流場(chǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與葉柵旋渦結(jié)

28、構(gòu)橫截面流場(chǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與葉柵旋渦結(jié)構(gòu). 應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué). 2002, 23(8): 851-854 黃洪雁黃洪雁, 楊慶海楊慶海, 韓萬(wàn)金韓萬(wàn)金, 王仲奇王仲奇. 大間隙渦輪葉柵流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的研究大間隙渦輪葉柵流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的研究. 航空動(dòng)航空動(dòng)力學(xué)報(bào)力學(xué)報(bào). 2002, 17(4): 392-398第37頁(yè)Yang Qinghai, Huang Hongyan, Han Wanjin. Topology and Vortex Structures of a Curving Turbine Cascade with Tip Clearance ()Experimental Model and Topological Flow Patterns on Both Endw