题目：凸起表面特性对转静系盘腔的风阻特性影响

 

本文对于中心进气带封严转静系中带凸起转盘的风阻特性进行了实验研究。其中风阻特性包括风阻扭矩和风阻摩擦温升，分别来源于高速转子与腔内气体剧烈摩擦的阻力矩和转盘近壁处由于粘性剪切作用产生的耗散现象。风阻扭矩和风阻摩擦温升在真实燃气涡轮发动机中分别表现为涡轮功的损失和涡轮盘径向温度分布的变化，继而影响发动机整机效率，改变涡轮盘的温度边界条件。目前对风阻特性的研究内容主要集中于水力光滑转盘，而盘面凸起的形状与安装方式对风阻特性的影响尚无全面具体的研究结果。

风阻特性的影响因素较多，作用机理复杂。本文以盘面凸起形式，间隙比（G=0.06~0.18）、转速（Reφ=1.48×106~2.47×106）和进口流量（Cw=0.682×104~3.41×104）为研究变量。盘面凸起形式包括圆柱、带尾缘圆柱、四棱柱和六棱柱。在航空发动机气动热力国家科技重点实验室的高速实验台上，分别用静态扭矩仪和红外热像仪测量不同工况下转盘的风阻扭矩和转盘表面径向温度分布。通过分析风阻特性在各参数下的变化规律，对其影响机理有了进一步的认识。

在研究范围之内，受凸起形式所受钝体绕流阻力的影响，转盘凸起的扭矩系数大小顺序为：棱边迎风四棱柱>平面迎风四棱柱>棱边迎风六棱柱>平面迎风六棱柱>圆柱>带尾缘圆柱，且全部高于水力光滑转盘的扭矩系数。转盘的扭矩系数随腔内湍流参数的增大而显著增大。间隙比的增加仅在进口流量较低时才使得转盘扭矩系数增大，而当进口流量升高后影响较小。该现象主要源于不同腔内流动结构对腔内旋流系数造成影响，进而导致转盘所受阻力矩出现差异。而旋流系数变化对粘性剪切作用强弱的影响，使得转盘风阻摩擦温升在进口流量较低时随间隙比的增大而升高，但对于进口流量和凸起形式的变化不敏感。