弯叶片降低损失机理的实验研究

　　1 引言

　　自60年代初,原苏联学者与王仲奇院士提出弯叶片以来,对弯叶片降低能量损失机理的研究一直没有停止。弯叶片提出的初期,一些作者认为弯叶片降低能量损失的原因是它减小了叶顶、增大了叶根的反动度[1~2],即所谓/反动度均化理论0。90年代初,根据低展弦比小折转角涡轮叶栅的实验结果,文献[3]提出了/附面层迁移理论0,认为叶片正弯所以降低了能量损失,是因为叶栅两端的附面层被/吸0入了主流。最近,本文作者详细测量了大折转角叶栅和具有叶顶间隙叶栅栅前、后及流道内诸横截面内的气动参数,对壁面流场进行了墨迹显示,应用拓扑原理分析了测量与显示结果,得出了常规直叶栅和弯叶栅流场拓扑和旋涡结构,从涡动力学原理出发揭示了叶片弯曲降低损失的机理。

　　2实验模型

　　实验是在矩形叶栅低速风洞上进行的。低折转角叶栅实验了三个方案:(1)常规直叶片;( 2)倾斜角为20^o的直线倾斜叶片;( 3)倾斜角为20^o的弯叶片(图1)。叶栅的其他儿何与气动参数为:叶弦b=73 mm;轴向弦长B=48. 39mm;节弦比t/ b =0. 685;展弦比h/b= 0.68;几何进气角a₀=0^o，几何出气角α_1p=71^o，雷诺数Re = 4. 35 x 105;进口总压p*_o=6 570 Pa.

　　大折转角叶栅实验了三个方案:(1)常规直叶栅( 2)倾斜角为15o的正弯叶栅(3)倾斜角为15^o的反弯叶栅。其他主要气动与几何参数是:叶弦b=120 mm;轴向弦长B = 10⁵ mm;展弦比h/b =0. 917;节弦比t/ d = 0. 667;何进气角a= 64^o;几何出气角a_1p= 64. 5^o;雷诺数Re = 6. 4 x 10⁵;进口总压P*o=5.773Pa。

　　具叶顶问隙叶栅也实验了三个方案，它们是:

　　(1)常规直叶栅(2)倾斜角为20o的正弯叶栅(3)倾斜角为20^o的反弯叶栅。其他主要气动与几何参数为:叶弦b=120. 5 mm;车由向弦长B=118. 5 mm;展弦比h/b=0. 913;节弦比t/ b =0. 747;几何进气角a₀=500;几何出气角a_1p= 57^o; 雷诺数Re=7. 43 x 10⁵进口总压P*o=10730. 4 Pa;叶顶相对间隙τ/h =0. 023。

　　3实验结果讨论

　　对照图2和图3可见，叶片正弯在叶片表面形成了沿叶高的“C"型静压分布，在这种静压分布的作用下，叶栅两端附面层被“吸”入主流区，然后被主流带走，叶栅两端的损失显著降低，中部损失稍有增加，总损失是减小的。小折转角叶栅的实验结果证实了“附面层迁移理论”的正确性，同时也说明了“反动度均化理论”的局限性，如图2所示，叶片正弯并未引起喉部以后静压沿叶高的明显变化，白然也不会引起反动度沿叶高的明显变化。