论文摘要：合成射流控制压气机三维角区分离流动的数值模拟研究

吸力面和端壁角区的三维流动分离是轴流压气机内部固有的流动现象，是压气机内部流动损失和堵塞的主要来源，对压气机的性能有至关重要的影响。角区分离产生的通道堵塞使压气机损失增大、效率下降，严重时会引起压气机的失速和喘振，带来灾难性后果。如何控制、削弱压气机角区分离流动现象始终是高性能先进压气机设计关注的重点问题。本文的目的在于提出一种角区分离控制的方法，通过数值模拟来考察这种方法的可行性。

合成射流技术是二十世纪90年代中期提出的一种主动控制方法。这种零质量射流由于其激励器结构简单可靠，工作时只需要电能，易于实现电参数(电压幅值、频率、相位)控制，其已经在简单翼型上对于分离流动控制得到了较好的工作效果。

本文梳理了近年来分离流动理论的研究，提出了在压气机叶栅中加入合成射流激励，通过周期性的吹吸，对分离区低能流体能量进行调节控制，从而达到减缓角区分离的目的。利用商用CFD软件FLUENT，用数值模拟方法实现了在PVD叶栅中合成射流控制角区分离流动的仿真研究。

首先通过NUMECA软件对PVD叶栅进行了绘制。整体叶栅空间离散网格采用IGG模块生成。整体流道采用O-4H型网格，网格数约100万。考虑到求解雷诺平均方程（RANS）仍然是工程上唯一可以直接应用的数值模拟方法，本文采用了这种仿真求解方法，分别使用了工程中常用的了SA和k-ε湍流模型，对0°攻角的流动情况与剑桥大学Gbadebo等人研究的实验数据进行了对比。 结果表明k-ε模型得到的结果更接近实验结果。之后，通过FLUENT软件UDF二次开发模块，加入了合成射流的数学模型。在非定常计算中，讨论了叶片前段轮毂，前段和中段轮毂双开孔以及叶片后段叶背三个不同位置添加合成射流对控制效果的影响。仿真结果表明在更加接近角区的叶片后段添加射流效果更好。针对这一较好的控制位置，得出了-6°至7°范围内的总压损失和入口攻角关系的攻角特性曲线。 最后，在具有代表性的易发生分离的4°攻角下，讨论了合成射流主要参数——射流频率及电压幅值对于合成射流控制效果的影响。并依此讨论了施加合成射流控制的收益影响。

本文研究思路和方法可以推广到其他叶栅的分离流动控制研究中，在压气机叶栅设计研发中具有工程应用价值。

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