Experimental analysis and modeling of the losses in the tip leakage flow of an isolated, non-rotating blade setup
Analyse expérimentale et modélisation des pertes dans l'écoulement de jeu d'un montage d'aube isolé et non tournant
Résumé
Experimental analysis and modelling of the losses in the tip leakage flow of an isolated, non-rotating blade setup B. Deveaux · C. Fournis · V. Brion · J. Marty · A. Dazin Abstract Improving pressure rise capabilities of axial compressors requires an in-depth understanding of the losses produced in the tip leakage region. Here, a generic setup that magnifies the tip region of an isolated, non-rotating blade is used with the objectives of describing the main flow components and evaluating the related sources of loss. The flow at the tip is structured by the jet flow out of the gap which, under the effect of the main stream, rolls-up into a tip-leakage vortex. The current setup is characterized by the tip gap height and the thickness of the incoming boundary layer at the casing, here a flat plate, for a given incidence of the blade. Measurements are performed using LDV and a multi-port pressure probe. Variations in the tip-leakage flow are found to be mainly driven by gap height. A small, intermediate and large gap regimes are more specifically found, with threshold around 4% and 8% of gap to chord ratio for the present setting. The incoming boundary layer thickness is shown to provoke a notable effect on the vortex lateral position and total pressure losses. The local entropy creation rate is computed from LDV data and used to identify the sources of loss in the flow. A decomposition into wake and vortex losses is further proposed, allowing to relate the contributions of the various flow components to the overall losses. An empirical model of the formation of the tip vortex is developed to account for the increased losses as a function of gap height. The model provides B. Deveaux · C. Fournis · V. Brion · J a useful mean for the practical approximation of the gap sensitivity of pressure losses.
L'amélioration des capacités de montée en pression des compresseurs axiaux nécessite une compréhension approfondie des pertes produites dans la région de fuite de la pointe. Ici, une configuration générique qui agrandit la région de la pointe d'une lame isolée et non tournante est utilisée dans le but de décrire les principaux composants du flux et d'évaluer les sources de perte associées. Le débit à la pointe est structuré par l'écoulement du jet hors de l'espace qui, sous l'effet du courant principal, s'enroule dans un vortex de fuite de pointe. La configuration actuelle est caractérisée par la hauteur de l'entrefer et l'épaisseur de la couche limite entrante au niveau du boîtier, ici une plaque, pour une incidence donnée de la lame. Les mesures sont effectuées à l'aide de LDV et d'une sonde de pression à ports multiples. On constate que les variations du débit de fuite de pointe sont principalement dues à la hauteur de l'espace. On trouve plus spécifiquement des régimes à petit, intermédiaire et grand écart, avec un seuil d'environ 4% et 8% du rapport entre l'écart et l'accord pour le cadre actuel. Il est démontré que l'épaisseur de la couche limite entrante provoque un effet notable sur la position latérale du vortex et les pertes de charge totales. Le taux de création d'entropie locale est calculé à partir des données LDV et utilisé pour identifier les sources de perte dans le flux. Une décomposition en sillage et pertes tourbillonnaires est en outre proposée, permettant de relier les contributions des différentes composantes de l'écoulement aux pertes globales. Un modèle empirique de la formation du vortex de la pointe est développé pour tenir compte des pertes accrues en fonction de la hauteur de l'espace. Le modèle fournit une moyenne utile pour l'approximation pratique de la sensibilité à l'écart des pertes de charge.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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