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

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.

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.