[发明专利]一种应用于扩压型管道壁面的端壁凸肋结构

说明书

本发明涉及一种扩压型管道壁面的端壁凸肋结构，可应用于地面燃气轮机、航空发动机等领域的扩压型管道壁面附近附面层内低能流体的流动控制。在扩压型管道的内环端壁和/或外环端壁表面布置有不同高度、宽度及间距的凸肋结构，各所述凸肋的布置方向与所在端壁壁面的极限流线方向相同或相近，所述凸肋至少部分设置在所述内环端壁和/或外环端壁的在未设置凸肋时易产生流动分离的位置，该凸肋结构不需要额外增加零件，可利用机械加工的方式布置在具有一定壁厚的管道端壁表面。本发明的扩压型管道壁面的端壁凸肋结构，具有结构简单、设计参数灵活、运行可靠等优点，不需要增加额外的零部件或者机构，即可有效地实现抑制流动分离，减少气动损失的目的。

技术领域

本发明涉及一种用于地面燃气轮机、航空发动机等采用扩压型管道或者非扩压型管道的流动控制结构。这是一类在壁面粘性滞止效应的作用下，近固体壁面可能发生端壁附面层内部气流速度降低、气流压力梯度为负甚至出现流动分离导致气流反向流动现象的特殊管道内部气体流动领域。

背景技术

扩压型管道内部固体端壁的气流流动分离控制是一个在燃气轮机以及航空发动机领域均有重要实际意义的工程性问题。在以往燃气轮机、航空发动机的结构设计中，对于扩压型管道，受到通道扩压效应的作用，气体沿流动方向发展过程中，气流速度逐渐减小、气体压力逐渐升高，因此气流在流向逆压力梯度作用下有出现流动分离的风险；同时，考虑到扩压型通道自身曲率变化的因素，大的曲率变化会造成端壁附面层在径向压力梯度、流向逆压力梯度的双重作用下，气体出现流动分离情况的风险加剧。针对这种极易出现分离流动且应用普遍的扩压型管道，迫切需要提出一种工程上可行、性能更优的流动控制结构。

发明内容

本发明涉及一种用于扩压型管道壁面的端壁凸肋结构，作为一种被动控制流动分离的结构，可在燃气轮机、航空发动机等叶轮机械领域中应用。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种扩压型管道壁面的端壁凸肋结构，包括扩压型管道，所述扩压型管道包括内环端壁和外环端壁，其特征在于，

所述扩压型管道的内环端壁和/或外环端壁的整个表面或部分表面上布置有若干个长条状的凸肋，所述凸肋顶部的宽度为1mm～7mm，所述凸肋的深度为0.5mm～2mm，相邻两所述凸肋之间的间距为0.5mm～25mm，各所述凸肋的布置方向与所在端壁壁面的极限流线方向相同或相近，实现对端壁低能流体的扰动以及端壁低能流体与主流流体的动量交换，所述凸肋至少部分设置在所述内环端壁和/或外环端壁的在未设置凸肋时易产生流动分离的位置，最终实现固体壁面表面近分离态低能流体的分离流动抑制或分离流动的再附，降低扩压型管道内部气流流动的损失。

优选地，所述凸肋经机械加工而成，根据铣刀形状、铣刀半径以及加工程序的调整，实现凸肋深度、宽度和方向的优化调整。从而实现凸肋结构设计参数沿气流流动方向的变化调整。

本发明中，位于扩压型管道内部端壁表面的低能流体在凸肋结构侧壁的作用力下完成径向的流动迁移并实现与主流通道内气体的动量交换。动量交换的程度由凸肋结构的设计参数进行控制。

优选地，各所述凸肋由深度0.5mm～2mm、宽度1mm～7mm以及间距0.5mm～25mm范围内的半圆形或椭圆形铣刀刀痕(需要选择合适的铣刀半径)自然形成。可选择地，凸肋结构的设计参数可根据实际发动机的设计工况和工作环境进行调整。

较优地，各所述凸肋的设置方向可以与来流的气流方向一致或成一定角度，实现端壁粘性摩擦损失的优化和分离流动的抑制。

较优地，所述凸肋的深度值和宽度值可以根据设计需要，在沿着气体流动的方向，通过铣刀切削深度的调整，实现凸肋结构宽度、深度的进一步调节。实现沿气体流向方向，气体流动分离的消除及抑制作用。