叶轮机械气体动力学基础 三维流动:3D potential flow 二次流动：endwall flow；tip leakage flow ；casing injection and suction 非定常流动:potential flow；viscous flow； clocking effects；flutter CFD and Turbo-Design上海理工大学 叶轮机械研究所 戴 韧 博士1Three Dimensional Flow上海理工大学 叶轮机械研究所 戴 韧 博士2(1) Controlled vortex Blade (2) Leaned/Bowed/Dihederal Blade (3) Swept BladeSecondary flow in Turbine CascadeSecondary flow by Hawthorn (1955)Secondary flow by Langston(1980)Endwall flow by Sevieding (1984)Endwall flow by Sharma/Bulter(1986)Secondary flow by Sharma/Bulter(1987)Secondary flow by Goldstein/spores (1988)Secondary flow by Takeishi(1990)Secondary flow by Yamamoto (1995)Secondary flow by Wang et. al. (1997)Secondary Loss Mechanism by Denton/Cumpty Inlet fillet for leading flowDetailed flow pattern near leading edgeNear trailing edge flow patternSuction surface flow patternPassage endwall flow patternInteractions between endwall Ejected coolant and Secondary flowEndwall flow without coolant ejectionEndwall flow with coolant ejection (Inlet blowing ratio: 1.0)Inlet blowing ratio: 2.0Blade suction surface without coolant ejectionBlade suction surface with coolant ejectionBlade suction surface with coolant ejection上海理工大学 叶轮机械研究所 戴 韧 博士18叶轮机非定常流动上海理工大学 叶轮机械研究所 戴 韧 博士19叶轮机非定常流动的重要性 来流不均匀，流场畸变：压气机进口畸 变，导致局部失速，或整体喘振。 工业叶轮机械尘土淤积，流道减小。 长叶片的气弹稳定性问题，即叶片颤振 。 叶轮机械气动噪声。上海理工大学 叶轮机械研究所 戴 韧 博士20叶轮机非定常流动来源 实际使用过程中可能遇到的一系列非定 常流问题：武器发射；热气吸入（编队 飞行、加力推进）；大气阵风；旋涡吸 入（地面悬停、拉平飞起）。 飞机操纵和发动机控制中诱发的非定常 流动问题：加速、减速；变几何结构； 部件工作不稳定诱发的非定常流动：压 气机旋转失速；燃烧室低频振荡。上海理工大学 叶轮机械研究所 戴 韧 博士21叶轮机固有的非定常流 位流干涉。静子与转子之间存在非定常 的位流干涉。转子通过静子的位流场， 引起压力脉动及焓的改变。 尾迹切割。 粘性涡。 端壁横向流动。叶尖泄露涡、刮削涡。上海理工大学 叶轮机械研究所 戴 韧 博士22非定常流动类型及其时间尺度类型尺度时间尺度湍流弦长10-4尾流弦长10-4上游位流场干扰弦长10-4进口畸变圆周长5x10-3旋转失速圆周长10X10-3喘振压气机长度10-1上海理工大学 叶轮机械研究所 戴 韧 博士23叶轮机非定常流研究的问题 叶轮机固有非定常流动分析 叶片的颤振与谐振 气动声学问题 压气机气动不稳定形态旋转与失速 非均匀进口条件下的不稳定问题 瞬变进气条件下的稳定性问题 发动机慢速动态过程