亚声速压气机平面叶栅风洞标准模型建立

doi:10.7527/S1000-6893.2024.30547

Abstract

Abstract:

The standard model for linear cascade wind tunnel is the key to the construction of axial compressor design system and the standardization of linear cascade testing technique. The standard model of compressor cascade with a typical controlled diffusion airfoil is designed and tested based on the linear cascade wind tunnel of Northwestern Polytechnical University. The flow quality of the standard cascade including inflow precision， flow periodicity， and two-dimensionality is adjusted by a self-established integrated control system. On the basis of ensuring the flow quality， the performance of the standard cascade is measured， including the features of incidence and axial velocity density ratio， as well as the distributions of surface isentropic Mach number and wake， and is then compared to the reference cascade data published by DLR. The results show that the standard cascade exhibits good flow periodicity and accuracy， including a uniform region over four successive blade passages upstream and a periodicity range over two successive blade passages downstream， and the periodicity index of outflow is less than 2. The deviation of the inlet Mach number and axial velocity density ratio in the measuring blade passage is no more than 0.005 and 0.02， respectively. The comparison with the reference cascade data shows that the variation laws of the loss， exit flow angle and static pressure ratio with the inlet flow angle are essentially the same between the standard cascade and reference cascade at the design inlet Mach number of 0.62. The loss and exit flow angle of the standard cascade are larger than those of the reference cascade due to the difference of measuring position downstream of cascade， but the static pressure ratio is basically the same. The distributions of the surface isentropic Mach numbers for the two sets of cascades are highly consistent. In general， the test data for the established standard cascade are comprehensive and reliable.

Key words: linear cascade, Wind tunnel test, standard model, compressor cascade, axial velocity density ratio, periodicity, two-dimensionality

CLC Number:

V231.1

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Figures/Tables 31

Fig.1

Fig.2

Table 1

Index of flow quality in empty tunnel

指标	数值
$Δ M a m a x$	0.017
$σ M a$	0.003
$Δ α ¯$ /（°）	0.1
$Δ β ¯$ /（°）	0.2
$Δ M a c m a x$	0.003
$ε$ /%	1.5

Table 1

Fig.3

Fig.4

Table 2

Design parameters of MAN GHH 1-S1

参数	数值
进口马赫数Ma₁	0.62
出口马赫数Ma₂	0.45
安装角β_y/（°）	30
稠度 $τ$	1.47
进气角β₁/（°）	47
出气角β₂/（°）	20.6
AVDR	1.1
扩散因子D	0.41

Table 2

Fig.5

Table 3

Fig.6

Table 4

Fig.7

Table 5

Test conditions of variable inlet flow angle and variable inlet Mach number

AVDR	Ma₁	$β 1$ /（°）
1.1	0.5	40， 41.5， 43， 44， 46， 47， 50， 51， 52， 53
1.1	0.62	40， 41.5， 43， 44， 46， 47， 49， 50， 51， 52， 53

Table 5

Table 6

Test conditions of variable AVDR

$β 1$ /（°）	Ma₁	AVDR
47	0.62， 0.75	1.0，1.05，1.1

Table 6

Fig.8

Fig.9

Fig.10

Table 7

Outflow periodicity index of standard cascade

β₁/（°）	$P I ϖ$	$P I M a 2$	$P I β 2$
41.5	0.25	2.00	1.01
47.0	1.10	1.05	1.85
51.0	1.55	1.95	2.38

Table 7

Fig.11

Fig.12

Fig.13

Fig.14

Fig.15

Fig.16

Fig.17

Fig.18

Fig.19

Fig.20

Fig.21

Fig.22

Fig.23

Table A1

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主要参数	参考风洞^［42］	试验风洞
类型	连续式	连续式
流量/（kg·s^-1）	12.9	9.9
进口马赫数	0.2~1.4	0.3~0.95
进口雷诺数	1×10⁵~3×10⁶	3×10⁵~1×10⁶
进气角/（°）	-10~70	0~90
湍流度/%	0.5~1	0.5~2
风口尺寸（宽×高）/mm²	168×330	100×300
周期性控制	试验段周向端壁抽吸	试验段周向端壁抽吸
二维性控制	叶栅端壁抽吸	叶栅端壁抽吸
MP₁距前缘额线的轴向距离/mm	24（0.34C，C=70 mm）	30（0.6C，C=50 mm）
MP₂距尾缘额线的轴向距离/mm	24（0.34C，C=70 mm）	55（1.1C，C=50 mm）

叶栅	参考叶栅	标模叶栅
叶片弦长C/mm	70	50
叶片高度h/mm	168	100
展弦比h/C	2.4	2
叶片数	7	9
吸力面测压叶片表面静压孔个数	10	10
压力面测压叶片表面静压孔个数	10	10

吸力面		压力面		吸力面		压力面
x	y	x	y	x	y	x	y
0.04	-0.2	0.04	-0.20	26.61	5.68	27.07	1.08
0.01	-0.1	0.09	-0.29	27.62	5.52	28.09	1.11
0	0	0.16	-0.36	28.63	5.35	29.12	1.13
0.02	0.1	0.25	-0.42	29.64	5.16	30.15	1.15
0.06	0.19	0.34	-0.46	30.65	4.96	31.17	1.15
0.12	0.28	0.44	-0.48	31.65	4.74	32.20	1.14
0.19	0.35	0.54	-0.50	32.65	4.51	33.22	1.13
0.26	0.43	0.64	-0.51	33.65	4.26	34.25	1.10
0.33	0.5	0.75	-0.52	34.64	4.01	35.28	1.05
0.41	0.57	0.85	-0.52	35.64	3.75	36.30	1.00
0.49	0.63	0.95	-0.53	36.63	3.47	37.33	0.94
0.57	0.7	1.05	-0.53	37.61	3.19	38.35	0.87
0.65	0.76	1.16	-0.54	38.6	2.9	39.37	0.78
0.73	0.82	1.26	-0.54	39.58	2.61	40.39	0.68
0.81	0.88	1.36	-0.54	40.56	2.31	41.41	0.56
1.69	1.41	1.46	-0.55	41.55	2.02	42.43	0.42
2.61	1.88	2.49	-0.57	42.53	1.72	43.45	0.29
3.54	2.3	3.52	-0.56	43.51	1.43	44.47	0.15
4.49	2.7	4.54	-0.53	44.5	1.13	45.48	0
5.44	3.07	5.57	-0.49	45.48	0.83	46.50	-0.16
6.41	3.42	6.59	-0.44	46.46	0.53	47.51	-0.33
7.38	3.75	7.62	-0.37	47.44	0.24	48.52	-0.51
8.36	4.05	8.64	-0.29	48.43	-0.06	49.43	-0.68
9.35	4.34	9.66	-0.20	49.41	-0.36	49.53	-0.70
10.34	4.61	10.69	-0.10	49.51	-0.39	49.63	-0.72
11.34	4.85	11.71	-0.01	49.6	-0.42	49.73	-0.74
12.34	5.08	12.73	0.09	49.7	-0.45	49.83	-0.76
13.34	5.29	13.75	0.19	49.8	-0.48	49.93	-0.78
14.35	5.48	14.77	0.28	49.9	-0.51	49.95	-0.79
15.36	5.65	15.80	0.37	50	-0.54	49.97	-0.79
16.38	5.79	16.82	0.46	50.02	-0.55	49.99	-0.78
17.4	5.91	17.84	0.54	50.03	-0.56	50.01	-0.78
18.42	6.01	18.87	0.61	50.05	-0.57	50.03	-0.77
19.45	6.08	19.89	0.69	50.06	-0.59	50.04	-0.75
20.47	6.12	20.92	0.76	50.07	-0.61	50.06	-0.74
21.5	6.13	21.94	0.83	50.08	-0.62	50.07	-0.72
22.52	6.1	22.96	0.89	50.08	-0.64	50.08	-0.70
23.55	6.04	23.99	0.94	50.09	-0.66
24.57	5.95	25.01	1.00	50.08	-0.68
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Establishment of standard model of linear cascade wind tunnel for subsonic compressor

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