[發明專利]一種應用于擴壓型管道壁面的端壁凸肋結構

有效

• 申請號: 201710253241.0
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN107061009B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 杜強;劉軍;劉紅蕊;徐慶宗;柳光;王沛;楊曉潔;高金海;胡嘉麟;胡春艷;郭寶亭
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F02C7/00
• 分類號: F02C7/00;F01D25/00;F02C9/16
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• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種擴壓型管道壁面的端壁凸肋結構，可應用于地面燃氣輪機、航空發動機等領域的擴壓型管道壁面附近附面層內低能流體的流動控制。在擴壓型管道的內環端壁和/或外環端壁表面布置有不同高度、寬度及間距的凸肋結構，各所述凸肋的布置方向與所在端壁壁面的極限流線方向相同或相近，所述凸肋至少部分設置在所述內環端壁和/或外環端壁的在未設置凸肋時易產生流動分離的位置，該凸肋結構不需要額外增加零件，可利用機械加工的方式布置在具有一定壁厚的管道端壁表面。本發明的擴壓型管道壁面的端壁凸肋結構，具有結構簡單、設計參數靈活、運行可靠等優點，不需要增加額外的零部件或者機構，即可有效地實現抑制流動分離，減少氣動損失的目的。

技術領域

本發明涉及一種用于地面燃氣輪機、航空發動機等采用擴壓型管道或者非擴壓型管道的流動控制結構。這是一類在壁面粘性滯止效應的作用下，近固體壁面可能發生端壁附面層內部氣流速度降低、氣流壓力梯度為負甚至出現流動分離導致氣流反向流動現象的特殊管道內部氣體流動領域。

背景技術

擴壓型管道內部固體端壁的氣流流動分離控制是一個在燃氣輪機以及航空發動機領域均有重要實際意義的工程性問題。在以往燃氣輪機、航空發動機的結構設計中，對于擴壓型管道，受到通道擴壓效應的作用，氣體沿流動方向發展過程中，氣流速度逐漸減小、氣體壓力逐漸升高，因此氣流在流向逆壓力梯度作用下有出現流動分離的風險；同時，考慮到擴壓型通道自身曲率變化的因素，大的曲率變化會造成端壁附面層在徑向壓力梯度、流向逆壓力梯度的雙重作用下，氣體出現流動分離情況的風險加劇。針對這種極易出現分離流動且應用普遍的擴壓型管道，迫切需要提出一種工程上可行、性能更優的流動控制結構。

發明內容

本發明涉及一種用于擴壓型管道壁面的端壁凸肋結構，作為一種被動控制流動分離的結構，可在燃氣輪機、航空發動機等葉輪機械領域中應用。

本發明為解決其技術問題所采用的技術方案為：

一種擴壓型管道壁面的端壁凸肋結構，包括擴壓型管道，所述擴壓型管道包括內環端壁和外環端壁，其特征在于，

所述擴壓型管道的內環端壁和/或外環端壁的整個表面或部分表面上布置有若干個長條狀的凸肋，所述凸肋頂部的寬度為1mm～7mm，所述凸肋的深度為0.5mm～2mm，相鄰兩所述凸肋之間的間距為0.5mm～25mm，各所述凸肋的布置方向與所在端壁壁面的極限流線方向相同或相近，實現對端壁低能流體的擾動以及端壁低能流體與主流流體的動量交換，所述凸肋至少部分設置在所述內環端壁和/或外環端壁的在未設置凸肋時易產生流動分離的位置，最終實現固體壁面表面近分離態低能流體的分離流動抑制或分離流動的再附，降低擴壓型管道內部氣流流動的損失。

優選地，所述凸肋經機械加工而成，根據銑刀形狀、銑刀半徑以及加工程序的調整，實現凸肋深度、寬度和方向的優化調整。從而實現凸肋結構設計參數沿氣流流動方向的變化調整。

本發明中，位于擴壓型管道內部端壁表面的低能流體在凸肋結構側壁的作用力下完成徑向的流動遷移并實現與主流通道內氣體的動量交換。動量交換的程度由凸肋結構的設計參數進行控制。

優選地，各所述凸肋由深度0.5mm～2mm、寬度1mm～7mm以及間距0.5mm～25mm范圍內的半圓形或橢圓形銑刀刀痕(需要選擇合適的銑刀半徑)自然形成。可選擇地，凸肋結構的設計參數可根據實際發動機的設計工況和工作環境進行調整。

較優地，各所述凸肋的設置方向可以與來流的氣流方向一致或成一定角度，實現端壁粘性摩擦損失的優化和分離流動的抑制。

較優地，所述凸肋的深度值和寬度值可以根據設計需要，在沿著氣體流動的方向，通過銑刀切削深度的調整，實現凸肋結構寬度、深度的進一步調節。實現沿氣體流向方向，氣體流動分離的消除及抑制作用。