Numerical Investigaton of Sand Erosion Phenomena in Rotor/Stator Interaction of Jet Engine Compressor

喷气发动机压气机转子/定子相互作用中沙蚀现象的数值研究

基本信息

  • 批准号:
    18560180
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.43万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    2006
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2006 至 2007
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Sand erosion is a phenomenon where solid particles impinging to a wall cause serious mechanical damages to the wall surface. It is well-known that the performance and lifetime of various machines, such as airplane, ship, gas turbine, pump and so on, are severely degraded due to sand erosion. This phenomenon is E typical gas-particle two-phase turbulent flow and a multi-physics problem where the flow field, particle trajectory and wall deformation interact with among others. However, the change of the flow field and the relating particle trajectory during the erosion process have not been taken into account by conventional simulations. This treatment is physically unrealistic. Hence, we have developed the numerical procedure for sand erosion phenomenon, including the temporal change of the flow field and the wall shape. In the present research, I developed a code to simulate sand erosion phenomena in a rotor/stator interaction of an axial compressor, in order to clarify the physics and the effects on the aerodynamic performance.In 2006, I extended our existing code for rotational frame of reference to compute a rotor/stator interaction. Then the code was applied to a 90-degree bend with a square cross-section in which sand erosion took place. Comparing the numerical results with the experimental data, it was confirmed that the developed code can reproduce the temporal changes of the turbulent flow and eroded surface satisfactorily.In 2007, the code was applied to a rotor/stator interaction problem of an axial compressor, to clarify the physics. Investigating the numerical results, it was confirmed that the first impact leads to the most severe erosion around the rotor leading edge, and relatively severe erosion occurs around the tip of the rotor trailing edge, because centrifugal force makes a number of particles go towards the region.
沙蚀是固体颗粒撞击墙壁对墙壁表面造成严重机械损坏的现象。众所周知,飞机、船舶、燃气轮机、泵等各种机械的性能和寿命因沙蚀而严重下降。这种现象是典型的气粒两相湍流,是流场、粒子轨迹和壁面变形等相互作用的多物理问题。然而,传统的模拟并未考虑侵蚀过程中流场的变化以及相关的颗粒轨迹。这种治疗在物理上是不现实的。因此,我们开发了沙蚀现象的数值程序,包括流场和壁形状的时间变化。在目前的研究中,我开发了一个代码来模拟轴流式压缩机转子/定子相互作用中的沙蚀现象,以阐明物理现象及其对空气动力学性能的影响。2006年,我扩展了我们现有的旋转框架代码计算转子/定子相互作用的参考。然后将该规范应用于发生沙蚀的方形横截面的 90 度弯头。将数值结果与实验数据进行比较,证实所开发的代码能够令人满意地再现湍流和侵蚀表面的时间变化。2007年,该代码被应用于轴流式压缩机的转子/定子相互作用问题,澄清物理。研究数值结果,证实第一次撞击导致转子前缘周围的侵蚀最严重,而转子后缘尖端周围发生相对严重的侵蚀,因为离心力使许多颗粒流向该区域。

项目成果

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专著数量(0)
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会议论文数量(0)
专利数量(0)
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2007
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    鈴木正也;山本誠
  • 通讯作者:
    山本誠
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    佐久間晴樹,淺見拓哉,三浦 光
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