● 摘要
吸力面和端壁所形成角区的三维分离是压气机中固有的流动现象，角区流动在强逆压梯度作用下，更容易发生分离。分离会导致通道堵塞、叶片载荷和扩压能力下降，从而导致总压损失和效率下降，严重时可能引起发动机喘振。因而控制角区分离是减小角区损失和延缓因角区诱发的发动机性能恶化的一个重要研究方向。本文的研究正是提出了一种有效控制三维角区分离的方法，并运用数值模拟的手段来分析该方法的控制效果。
本文所研究的等离子体气动激励是近年来兴起的一种主动控制方法，在电场力作用下能够产生一定速度的壁面射流，增加边界层内的流体能量，进而达到减小分离的目的。为了揭示等离子体气动激励对控制角区分离的作用效果，应用FLUENT软件数值模拟了等离子体激励器对压气机叶栅角区分离的影响。采用等离子体激励器的简化唯象模型，首先数值模拟了定常激励，在压气机叶片吸力面和端壁不同位置施加激励。对总压损失系数、极限流线、不同截面流动情况进行比较分析。结果表明：吸力面激励对角区分离改善有限，分离点是抑制吸力面边界层损失的最佳位置，分离点上游对角区流动控制效果最好；端壁激励有效的减小了角区分离损失，甚至可以抑制角区失速现象，流向激励时分离点至叶片前缘任何位置施加激励效果一样，横向激励时激励位置越靠前越好；组合激励同时降低了吸力面边界层和端壁边界层损失，使角区分离消失且不受攻角变化影响；不同角度射流激励时，射流角度越大激励效果越好；激励高度，激励强度对控制效果也有一定影响；等离子体气动激励对高速叶栅流动也有一定效果。其次进行了非定常激励，选取不同的时间步长对计算结果几乎没有影响，通过进行不同频率，不同占空比的数值模拟，结果表明当占空比为40%-50%时，激励效果与定常激励已十分接近。改变激励频率对激励效果有很大的影响，激励频率越大激励效果越好。