體積力模型在模擬軸流壓氣機進氣畸變中的應用*

劉震雄,刁恒之

(1.上海民航職業技術學院,上海 200232; 2.上海交通大學 機械與動力工程學院 工程熱物理研究所,上海 200240)

0 引 言

軸流壓氣機的設計都是在假設進口均勻流場的前提下進行的,但是在實際應用中,進口流場會出現畸變,從而對壓氣機工作狀態產生影響。以航空發動機為例,飛機的飛行高度改變、武器發射和進氣道不起動等工況都會引起發動機進口流場的總壓和總溫畸變,使發動機壓比、效率和穩定裕度下降,影響發動機的正常工作和飛行安全。因此,對壓氣機進氣畸變的研究與控制有著重要的意義[1-3]。

對于壓氣機進氣畸變的研究,先后有學者提出了多種模型方法,如平行壓氣機模型[4]、激盤模型[5]、周向平均體積力模型[6-10]、黏性體積力模型[11-12]等。平行壓氣機模型[4]將壓氣機沿周向分為若干一維子壓氣機,子壓氣機獨立運行,并通過邊界條件相互連接。激盤模型[5]用一片沒有厚度的激盤代替葉片,對流體施加力的作用。平行壓氣機模型和激盤模型于20世紀70年代提出,受制于當時的計算資源,模型對三維的流動做了降維的簡化處理,從而難以準確而直觀地描述流場在畸變條件下的三維特征。近些年,隨著計算機技術的迅猛發展使得壓氣機全流道非定常流動的RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes)數值模擬[13-15]成為可能,但是此種計算方法需要考慮葉片形狀,并且在保證網格質量的同時需要使用數量龐大的網格,網格數量一般在千萬數量級以上,這樣巨大的計算資源,使得一般的工程設計者難以接受?！?br>