2级涡轮内部流动定常与非定常计算差异研究

2级涡轮内部流动定常与非定常计算差异研究

杨

杰，周

颖，潘尚能，卢聪明

（中航工业航空动力机械研究所，湖南株洲412002）

摘要：为获取进而认识涡轮内部流动状态，以某2级约化形式的动力涡轮为研究对象，分别对其进行定常和非定常数值计算和分析。研究表明：定常计算与非定常计算对涡轮内部流动的模拟结果，如叶片表面的压力分布、叶排进出口的气流角、叶片通道中的二次流流向涡、展向涡、叶片通道中的损失等，均存在差异；流动的非定常性越强，定常与非定常计算结果的差异越大，且该差异大小对于静叶与动叶呈相反的展向分布规律。

关键词：涡轮；内部流动；定常；非定常；数值模拟；涡；航空发动机中图分类号：V231.3

文献标识码：A

doi ：10.13477/ki.aeroengine.2016.03.005

Study of Differences between Steady and Unsteady Computation for Two-Stage Turbine Internal Flow

YANG Jie,ZHOU Ying,PAN Shang-neng,LU Cong-ming

(AVIC Aviation Power-Plant Research Institute,Zhuzhou Hunan 412002,China )

Abstract:In order to find out internal flow state of turbine,taking a scaled two-stage power turbine as the research object,both steady and unsteady computations were conducted.The study shows that there makes obvious difference in the results of both steady and unsteady computation on the internal flow of turbines,including the pressure distribution on blade surfaces,the inlet/outlet flow angles of blade rows,the secondary flow streamwise and spanwise vortex in blade passages,the flow loss in blade passages.Moreover,the stronger the unsteadies of the flow show,the larger differences between steady and unsteady computation results are,and the magnitude of the differences between steady and unsteady computation results tend to follow opposite spanwise distribution rules for stators and rotors.

Key words:turbine ;internal flow ;steady ;unsteady ;simulation ;vortex ;aeroengine

航空发动机

Aeroengine

作者简介：杨杰（1983），男，博士，工程师，主要从事航空发动机涡轮气动设计与研究工作；E-mail:yjguy@ 。引用格式：

第42卷第3期Vol.42No.3Jun.2016

0引言

对涡轮内部流动的数值模拟是获取进而认识涡轮内部流动状态的重要手段，有定常计算和非定常计算2种方法。定常计算方法所需的计算机硬件资源少、花费的机时少，能快速获取模拟结果。涡轮内部的流动本质上是非定常的，定常的数值计算必然会丢失相关的非定常信息，无法获取非定常流动特征。掌握定常计算结果与非定常计算结果之间的差异是衡量选用何种计算方式的重要依据，更是工程计算中用定常计算代替非定常计算的必要前提。对于叶轮机械的内部流动的定常和非定常数值模拟，国外[1-5]和国内[6-10]的学者都进行了大量研究，然而对于定常计算与非定常计算之间的差异的系统研究在公开文献中还很少见。

本文以某2级动力涡轮为研究对象开展了定常计算与非定常计算的对比研究。

1研究方法

1.1研究对象

选取某2级动力涡轮为研究对象。该涡轮4排叶片数之比为0.98∶1∶1.04∶1，不成简单整数比。为了减小非定常模拟的计算量，对该涡轮的2排导叶进行了叶片数约化处理，将2排导叶的叶片数调整成与2排动叶的叶片数相等。约化后，4排叶片数之比为1∶1∶1∶1，即4排叶片的数目相等。这样在非定常计算时，可充分利用周期性边界条件，每排叶片通道均只取1个。

该涡轮2排动叶均带冠和篦齿封严，但为了模拟叶尖泄漏流，取消了2排动叶的叶冠和篦齿，2排动