Numerical investigation of compressor rotor blade clocking effects on aerodynamic loading of the stator vane

• Autorzy: Yan P. G. , Qiang X. Q. , Du Z. H. , Han W. J.

Warianty tytułu

PL

Analiza numeryczna wpływu wzajemnego ustawienia łopat sprężarki na obciążenie aerodynamiczne kierownicy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The unsteady flow fields of a three-stage axial compressor are simulated. The 3D N-S equations are solved by using the frequency domain transformed method based on the harmonic function. The main efforts are focused on the effects of the second stage rotor blade clocking configuration on aerodynamic loading of the stator vanes. The unsteady aerodynamic loadings of each blade row are analyzed in time and frequency domains. The results point out that the aerodynamic loading of the middle stage stator vane is significantly affected as the rotor blades changing with different clocking configuration. At CLK0 configuration, the middle stage stator vane is affected by the aerodynamic force whose direction is sometimes reverse with the regular force. At CLK2 configuration, the aerodynamic force of the stator vane is always positive and the fluctuation amplitude is smaller than those of other configurations. Meanwhile, the response of stator vane S2 to one blade passing frequency (BPF) is minimum comparing to others.

PL

Praca zawiera wyniki symulacji numerycznej nieustalonego pola przepływu w trójstopniowej sprężarce osiowej. Trójwymiarowe równania Naviera-Stokesa rozwiązano metodą transformacji w dziedzinie częstości opartej na funkcji harmonicznej. Główny wysiłek włożono w badania wpływu konfiguracji łopat kierownicy i wirnika drugiego stopnia sprężarki na obciążenie aerodynamiczne kierownicy. Obciążenie to o charakterze nieustalonym przeanalizowano dla każdego rzędu łopatek w dziedzinie czasu i częstości. Wyniki wykazały, że obciążenie aerodynamiczne kierownicy środkowego stopnia sprężarki znacząco zależy od wzajemnego ustawienia łopat wirnika i kierownicy. Dla konfiguracji oznaczonej CLK0 kierownica podlega obciążeniu siłą, której zwrot bywa przeciwny do kierunku typowego w przypadkach regularnych. Natomiast konfiguracją CLK2 generuje zawsze dodatnią wartość siły aerodynamicznej, której fluktuacje amplitudy są jednocześnie mniejsze niż w innych konfiguracjach. Ponadto stwierdzono, że wrażliwość aerodynamiczna łopaty kierownicy S2 na częstotliwość łopatkową (BPF) jest minimalna w stosunku do innych konfiguracji.

Słowa kluczowe

EN

compressor; unsteady low; clocking effect; flow exciting force

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 50 nr 2
• Strony: 423--440
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Yan P. G.

autor

Qiang X. Q.

autor

Du Z. H.

autor

Han W. J.

• School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, China,

Bibliografia

• 1. Ekici K., Hall K., Kielb R., 2010, Harmonic balance analysis of blade row interactions in a transonic compressor, Journal of Propulsion and Power, 26, 2, 335-343
• 2. Jia H., Vogeler K., 2007, Effect of clocking on the unsteady rotor blade loading in a 1.5 stage low-speed axial compressor, Proceedings of ASME GT2007, GT2007-27237
• 3. Li S., Su J., Feng G., Wang Z., 2007, Study of performance and profile pressure distribution of transonic compressor under rotor-stator interaction condition, Journal of Aerospace Power, 22, 7, 1153-1160
• 4. Nicole L.K, Patrick B.L, Sanford F., 2010, An experimental study of vane clocking effects on embedded compressor stage performance, Journal of Turbomachinery, 132, 1, 1-10
• 5. Soranna F., Chow Y.C., Uzol O., Katz J., 2008, The effects of IGV wake impingement on the boundary layer and the near-wake of a rotor blade, Proceedings of ASME GT2008, GT2008-50598
• 6. Srivastava R., Bakhle M.A., Keith Jr. T.G., 2003, Numerical simulation of aerodynamic damping for flutter analysis of turbomachinery bladed rows, Journal of Propulsion and Power, 19, 2, 260-267
• 7. Zhou X., Zhou S., 2009, Investigation of the effect of wake impact effect on vortex sheets of the downstream blade row in axial compressor, Journal of Aerospace Power, 24, 3, 608-614