【文章內(nèi)容簡介】 射流縫出口與壁面間角度為15176。旋轉(zhuǎn)縫柵直徑為4mm，，開縫條數(shù)4條，保證了柵內(nèi)氣路與引氣氣路在各個縫柵旋轉(zhuǎn)角度下都處于連通狀態(tài)，射流器結(jié)構(gòu)參數(shù)、葉片安裝方式及測點(diǎn)分布如圖 4所示。圖 4 射流器參數(shù)示意圖射流器旋轉(zhuǎn)縫柵轉(zhuǎn)速采用南京航空航天大學(xué)微型發(fā)動機(jī)研究所研制的轉(zhuǎn)速傳感器采集，轉(zhuǎn)速控制通過脈沖射流控制系統(tǒng)完成。動態(tài)壓力測量參數(shù)主要包括脈沖射流器出口縫內(nèi)靜壓及出口總壓，其中動態(tài)壓力采用昆山雙橋CYG504GL型微型超微壓壓力傳感器測量。圖 5 壓力時域圖圖5給出了在進(jìn)口穩(wěn)態(tài)壓力1800 Pa，旋轉(zhuǎn)縫柵轉(zhuǎn)速9000 r/min時射流器出口縫內(nèi)靜壓及出口總壓時域圖，文中壓力均采用表壓表示。由圖可知：①在旋轉(zhuǎn)縫柵旋轉(zhuǎn)一周過程中，射流器產(chǎn)生4股明顯的脈沖射流，這一特征在各個轉(zhuǎn)速狀態(tài)下均存在，表明脈沖射流器能產(chǎn)生明顯的脈沖射流且射流頻率無級可調(diào)；②出口總壓變化與縫內(nèi)靜壓變化規(guī)律基本一致，幅值相對較小，其影響原因一方面由于氣流在射流器出口縫內(nèi)的流動損失導(dǎo)致，另一方面是由于出口測量探針直徑（ mm）大于射流縫出口寬度（ mm），實驗測得的壓力與實際狀態(tài)下射流器出口壓力有一定的差異；③縫內(nèi)靜壓及出口總壓均存在負(fù)壓，考慮到試驗過程中進(jìn)口壓力基本保持在1800 Pa左右，這一特征在定常射流狀態(tài)下并不存在，該特征的產(chǎn)生來源于流道的周期性開關(guān)過程。為了進(jìn)一步分析該現(xiàn)象，對實驗?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值模擬分析。數(shù)值模擬采用Ansys公司的Fluent二維大渦模擬方法進(jìn)行。計算域包含整個實驗系統(tǒng)，總網(wǎng)格數(shù)約為9萬，其中旋轉(zhuǎn)部分采用MovingMesh進(jìn)行模擬，轉(zhuǎn)靜交接面采用Interface進(jìn)行處理，計算過程中考慮轉(zhuǎn)靜部件間間隙的影響，其中通道壁面及葉片前后緣附近網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行了局部加密，保證近壁面，圖6為模型結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格局部示意圖。計算過程中進(jìn)口壓力及縫柵轉(zhuǎn)速參考實驗條件給定，采用雙時間步長進(jìn)行時間加速推進(jìn)求解，物理時間步長為，總計算時間為20倍脈沖射流周期。圖 6 模型結(jié)構(gòu)及網(wǎng)格局部示意圖圖7給出了在一個脈沖射流周期內(nèi)不同時刻通道內(nèi)靜壓分布圖，當(dāng)縫柵內(nèi)流路與下游流道完全錯位時，柵內(nèi)氣流速度基本為零，柵內(nèi)流體總壓與上游進(jìn)口總壓相等，出口縫內(nèi)靜壓與外界大氣壓力基本相同（t=0T），T為射流周期。隨著流道面積增加，柵內(nèi)高壓流體在壓差力作用下逐漸向下游流動，出口縫內(nèi)壓力隨之增加，然而氣流的加速導(dǎo)致靜壓逐漸降低，因此當(dāng)流通面積增加到一定程度時，出口縫內(nèi)靜壓達(dá)到最大值（t=）。隨著流道面積的進(jìn)一步增加，縫柵上游氣流流速增加，流路損失增加，柵內(nèi)氣流總靜壓有一定程度的降低（t=）。隨著流道面積從最大值逐漸減小，縫柵內(nèi)向下游流動的流體逐漸減少，壓力逐漸降低，氣流速度也隨之逐漸降低；當(dāng)流路基本斷開時，出口縫內(nèi)流體仍保持向下游流動，此時縫內(nèi)流體得不到有效補(bǔ)充，壓力降至大氣壓以下，形成瞬時局部負(fù)壓區(qū)域；當(dāng)縫內(nèi)流體向下游流動速度降至零時，局部負(fù)壓區(qū)壓力達(dá)到最小值（t=），此后外界流體開始流入射流縫內(nèi)，縫內(nèi)壓力逐漸增加。 圖 7 不同時刻瞬時壓力場數(shù)值模擬得到的射流縫內(nèi)靜壓及出口總壓變化規(guī)律與實驗結(jié)果基本一致，表明本文采用的大渦模擬方法在把握射流器內(nèi)流動的主要特征方面具有一定的準(zhǔn)確度。由于加工誤差的存在，實際過程中旋轉(zhuǎn)縫柵4條縫隙兩兩之間的金屬輻條寬度并不完全相同， mm。該現(xiàn)象導(dǎo)致實驗測得的一個周期內(nèi)對應(yīng)的4個壓力波峰波谷值并不完全相同，其變化規(guī)律與旋轉(zhuǎn)縫柵4條縫隙之間的間距分布相吻合。表明在同等轉(zhuǎn)速下通過調(diào)整縫隙之間間距可以達(dá)到設(shè)計射流波形的目的，該現(xiàn)象的存在為后續(xù)脈沖射流波形的定制奠定了基礎(chǔ)。值得說明的是：隨著射流頻率的增加，射流器出口縫內(nèi)平均壓力基本保持不變，壓力波動幅值逐漸增加。仿葉柵通道模型簡介無源脈沖射流控制方式針對的是高負(fù)荷壓氣機(jī)內(nèi)由于大擴(kuò)張導(dǎo)致的葉背側(cè)氣流分離，考慮到直接將該技術(shù)運(yùn)用至壓氣機(jī)或平面葉柵進(jìn)行研究會面臨實驗系統(tǒng)復(fù)雜性的影響，不利于分析清楚流動機(jī)理。為了簡化實驗?zāi)Ｐ?，本文在抽取葉柵內(nèi)主要流動特征的基礎(chǔ)上建立了一套仿葉柵通道模型。通過對通道內(nèi)分離流動進(jìn)行脈沖射流控制，掌握該控制方式的特點(diǎn)，理解其抑制氣流分離的機(jī)理，從而為后續(xù)在平面葉柵乃至真實壓氣機(jī)中的運(yùn)用奠定基礎(chǔ)?？紤]到仿葉柵通道與葉柵通道在流場細(xì)節(jié)方面存在的差異性，因此后期將開展相應(yīng)的葉柵風(fēng)洞試驗以驗證無源脈沖控制技術(shù)的控制效果，具體仿葉柵通道實驗?zāi)Ｐ腿鐖D8所示。圖 8 仿葉柵通道結(jié)構(gòu)示意圖實驗及測量方案試驗主體結(jié)構(gòu)由仿葉柵通道、抽氣裝置、脈動阻尼器和轉(zhuǎn)速驅(qū)動及控制系統(tǒng)組成。穩(wěn)態(tài)壓力測量參數(shù)包括進(jìn)口靜壓、葉片及出口段表面靜壓和出口總壓分布；動態(tài)壓力測量參數(shù)包括脈沖射流器出口縫內(nèi)靜壓、葉片表面靜壓及通道內(nèi)壓力分布，其中通道內(nèi)動態(tài)壓力分布通過移動傳感器測量位置獲得，具體測點(diǎn)分布如圖9所示，其中沿流向總共13個測量位置，L1位置接近于葉片前緣，L7位置靠近尾緣，每個位置沿徑向測量17個點(diǎn)，壁面附近局部加密。穩(wěn)態(tài)壓力參數(shù)采用美國PressureSystem公司的PSI智能壓力掃描儀采集，動態(tài)壓力采用昆山雙橋CYG504GL型微型超微壓壓力傳感器測量。實驗過程中各個狀態(tài)下數(shù)據(jù)采集時間均為120s，以減小出口截面氣流壓力波動帶來的數(shù)據(jù)采集誤差。圖 9 測點(diǎn)分布實驗通道內(nèi)流特性分析脈沖射流控制中射流頻率、位置及強(qiáng)度等參數(shù)均以無控仿葉柵通道內(nèi)流動特性為參考，為了分析脈沖射流對分離的控制規(guī)律，首先需針對無控仿葉柵通道內(nèi)流動結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，掌握通道內(nèi)流動的定常及非定常特性，為后續(xù)脈沖射流控制實驗奠定基礎(chǔ)。穩(wěn)態(tài)壓力分布測量分析脈沖射流控制的一個重要參數(shù)射流位置是相對分離點(diǎn)位置而言，結(jié)合實驗測得的葉片表面及出口段靜壓分布曲線可得通道內(nèi)分離及再附點(diǎn)位置，其中分離點(diǎn)位置位于葉片弦長60%處，對應(yīng)的射流縫出口位置位于分離區(qū)內(nèi)。圖10給出了動態(tài)壓力傳感器所測壓力平均值在通道內(nèi)的分布，其中通道內(nèi)測點(diǎn)與其對應(yīng)流向位置的參考線之間的距離反映了其壓力大小，由于通道內(nèi)部壓力的表壓值均為負(fù)值，因此每個流向位置對應(yīng)的壓力曲線均位于參考線前，距離越大則壓力值越小，其中c表示弦長，為測點(diǎn)壓力，表示進(jìn)口動壓頭，和表示進(jìn)口氣流密度和速度。考慮到試驗過程中動態(tài)壓力傳感器測量方向垂直于葉片指向進(jìn)口方向，因此主流區(qū)內(nèi)所測壓力信號大致反映了測點(diǎn)的總壓大小。圖 10 通道內(nèi)平均壓力分布由圖可知，隨著氣流沿著葉片向下游流動，葉片表面附近氣流動能一方面轉(zhuǎn)化為壓力能，另一方面受到壁面剪切阻力逐漸被耗散，流速逐漸降低，總壓隨之減小且影響范圍逐漸擴(kuò)展至通道內(nèi)部（L1L4）。當(dāng)氣流流至分離點(diǎn)時，葉片表面附近氣流發(fā)生分離，沿壁面法向測得的壓力曲線在壁面處基本垂直于壁面。其原因是分離區(qū)內(nèi)靜壓沿壁面法向梯度基本為零，沿徑向靜壓基本保持不變，而傳感器所測壓力信號在分離區(qū)內(nèi)更為接近于靜壓。當(dāng)壓力曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)時，表明測點(diǎn)沿法向逐漸移出分離區(qū)域，壓力曲線對應(yīng)的拐點(diǎn)可以理解為分離區(qū)的邊界線點(diǎn)，因此結(jié)合分離點(diǎn)及再附點(diǎn)位置可大致得到通道內(nèi)分離區(qū)的位置及大?。↙5L10）。隨著通道內(nèi)分離的再附，壁面附近速度在主流區(qū)的影響下逐漸增加，壁面氣流總壓增加，主流區(qū)內(nèi)總壓逐漸降低，總壓型趨于平緩（L11L13）。分流區(qū)特定截面上動態(tài)流場的頻譜特性由于葉片分離區(qū)的存在導(dǎo)致通道內(nèi)包含不同尺度和頻率的旋渦，另一方面通道進(jìn)出口、上側(cè)壁面、測量段也將產(chǎn)生不同形式的干擾信號，如何準(zhǔn)確把握通道內(nèi)占據(jù)主導(dǎo)地位的分離渦特性顯得尤為關(guān)鍵。考慮到分離渦在向下游移動過程中沿徑向壓力有著明顯的差異，導(dǎo)致沿徑向不同點(diǎn)壓力波動幅值存在差異，因此在通道某一流向位置沿徑向取點(diǎn)做壓力的頻譜分析，如果存在某一頻率的幅值隨著徑向有著明顯的先