Periodic Behavior of Stator Upstream Cavity Flow in a Multistage Axial Compressor

Abstract

축류압축기 슈라우드 상류 캐비티 내부 유동과 주 요동의 상호작용을 연구하기 위해 캐비티 내부, 그리고 캐비티와 인접한 주 유로에서 앙상블 평균된 삼차원 속도 벡터를 측정하였다. 삼차원 속도장을 얻기 위하여 일차원 열선을 세 번의 요(Yaw) 방향에서 측정하였다. 앙상블 평균된 속도장과 정상 속도장의 가장 큰 차이점은 방사상의 주기적 비정상 제트 유동이었다. 이 유동은 동익 웨이크와 같은 속도로 이동하며 발생과 소멸을 주기적으로 거듭하였다. 이 연구에서 캐비티 유동과 주 유동의 경계에서는 캐비티 안쪽으로 향하는 유동이 우세하였다. 하지만 주기적 비정상 제트 유동이 접근하면 캐비티 바깥쪽으로 향하는 유동이 우세하게 순간적으로 변하였다. 또한, 본 연구의 시간 평균된 속도장은 이전의 연구에서 계산되었던 정상 속도장과 부합하였다. 캐비티 내부의 유동은 대부분의 시간 동안 특정한 원주의 일부 같은 형상을 띠고 있지만, 주기적 비정상 제트 유동이 접근함에 따라서 캐비티 바깥쪽으로 향하는 유동으로 변한다. 또한, 주기적 비정상 제트 유동은 슈라우드 상류 캐비티의 상류와 하류 모두에 존재하며 다음 단으로 전파되기에 압축기 설계 단계에서 주기적 비정상 제트 유동을 고려해야 한다.

To investigate upstream cavity flow to main flow interaction, three dimensional ensemble averaged velocity measurement has been conducted inside the shrouded stator upstream cavity and adjacent main passage. To obtain three dimensional flow field, one dimensional hotwire measurement for three different yaw angle has been conducted. Periodic unsteady radial jet is the main factor which makes difference between phase locked ensemble averaged data and steady data. Periodic unsteady radial jet moves with the same speed of the rotor wake with periodic generation and dissipation. At the interface of cavity flow and main passage flow which is 0% of span, negative radial velocity(ingress) is dominant. However when periodic unsteady radial jet approaches, positive radial directional(egress) velocity becomes dominant inside of the cavity. Also time averaged data of this study coincide with steady simulation of previous research. Flow inside of cavity has certain partial circular structure just like previous research for the most of the time, however as periodic radial jet approaches, the structure destroyed and negative radial directional velocity(egress) become dominant. Moreover periodic unsteady radial jet exist upstream and downstream of cavity. Also periodic unsteady radial jet propagates to the next stage, it should be considered at the designing step of a compressor.