杨星,郝子晗,丰镇平

(1.西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;2.西安交通大学陕西省叶轮机械及动力装备工程实验室,710049,西安)

在航空发动机中,由于高温高速燃气的作用,颗粒污染物(比如火山灰、沙粒和燃料灰烬等)十分容易在涡轮部件中发生沉积,导致涡轮叶片的几何型线发生改变,增加叶片表面的粗糙度[1-2],严重时甚至堵塞叶片表面的气膜孔[3],进而改变涡轮部件的气动性能和传热冷却特性。杨星等专门总结过涡轮叶栅中颗粒污染物的沉积效应及其导致的航空发动机事故[4]。因此,为了满足国际航空发动机适航技术的新要求,目前颗粒污染物在涡轮中的沉积效应已成为先进航空发动机涡轮气热研发设计关注的热点和难点。

颗粒污染物的迁移与沉积规律与涡轮叶栅的气动、传热与冷却问题是相互耦合的。然而,已往研究大多数集中在叶栅通道中流场结构对颗粒物沉积规律的影响,未考虑颗粒物沉积后涡轮叶栅气热性能的变化规律。Wenglarz等的研究结果表明,主流温度越高,颗粒物在叶片表面的沉积量越大,且尺寸较大的颗粒物由于惯性,越容易保持自身初始轨迹迁移而偏离主流流动方向[5-6]。此外,叶片表面温度也是影响颗粒物沉积的重要参数[7]。据此,Casaday等将叶栅进口来流温度分布的非均匀性(热斑)考虑在内,分别在单排涡轮静叶和涡轮级中研究了颗粒物的沉积规律,结果发现当存在进口热斑时,颗粒物的沉积量显著增大,并且叶片表面的沉积规律也发生了明显的变化[8-9]。……