• No results found

Influence on tip leakage flow in a compressor cascade with plasma actuation WANG HAOTIAN

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Influence on tip leakage flow in a compressor cascade with plasma actuation WANG HAOTIAN"

Copied!
62
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)
(2)
(3)

    2019:688    Influence on tip leakage flow in a compressor cascade  with plasma actuation            Haotian Wang    Approved  Date 2019‐10‐30  Examiner  Björn Laumert  Supervisor  Nenad Glodic    Commissioner    Contact person     

Abstract

As one of the key components of aero engines, compressor is required to endure higher pressure,  possess  higher  efficiency  and  wider  operating  range.  Intensive  studies  have  been  made  on  tip  leakage flow and researchers find that by reasonably organizing tip leakage flow, aero engines are  more likely to achieve better performance and reliability. Conventional flow controlling methods  like casing treatment and micro jet could substantially modify tip leakage flow, unfortunately with  a price of additional loss, not to mention the difficulty in manufacturing such structure. Whereas  plasma  actuation  flow  control  method  uses  plasma  actuators,  such  equipment  is  easy  to  build,  responses  fast  and  has  a  wide  excitation  bandwidth.  This  method  has  become  a  new  trend  in  internal flow active control field. 

In this research, a phenomenological model is adopted to simulate DBD plasma actuation in the  flow field inside a compressor cascade. The aim is to find out how plasma actuation will influence  tip  leakage  flow.  Meanwhile  possible  means  to  improve  plasma  actuation  performance  are  discussed.   

(4)

circumferential shearing. 

4. Casing  movement  has  little  influence  on  total  pressure  field  concerning  absolute  pressure  value. While total pressure loss does reduce slightly with increasing moving speed of shroud.  5. Vorticity  transport  from  tip  clearance  into  passage  may  be  contributing  significantly  to 

generation of tip leakage vortex inner core.   

Secondly, a simplified model of DBD plasma actuation based on literature [1] is derived and applied  through  UDF  function  of  commercial  software  Fluent  into  the  flow  field.  Different  actuation  positions,  voltages  and  frequencies  are  applied  in  simulation  and  compared.  After  that  casing  movement is included. Main conclusions are as follow:   

 

6. Plasma  actuation  shows  significant  suppressing  effect  on  tip  leakage  vortex  on  both  size,  trajectory and strength.  7. The suppressing effect on tip leakage vortex grows stronger as actuator moves towards leading  edge.  8. Increasing actuation voltage results in stronger suppressing effect on tip leakage vortex.  9. Plasma actuation can effectively improve total pressure loss situation near shroud region with  increasing actuation power.  10. Increasing actuation frequency results in stronger suppressing effect on tip leakage vortex as  well. Additionally, frequency performs slightly better than voltage. 

11. Casing  movement  tends  to  weaken  suppressing  effect  of  tip  leakage  vortex  by  plasma  actuation.  More  actuation  power  is  needed  to  achieve  sufficient  suppressing  effect  in  real  compressors.   

 

Keywords: Flow control, DBD Plasma actuation, phenomenological model, numerical simulation,  tip leakage flow, compressor cascade. 

(5)

Sammanfattning

Som en av de viktigaste komponenterna i flygmotorer krävs det att kompressorn utsätts för högre  tryck, har högre effektivitet och större driftsintervall. Intensiva studier har gjorts om skovlarnas  toppspel  läckageflöde  och  man  anser  att  det  är  mer  sannolikt  att  flygmotorer  uppnår  bättre  prestanda  och  tillförlitlighet  genom  att  på  ett  rimligt  sätt  reglera  läckageflödet  i  toppspelet.  Konventionella metoder för reglering av flödet, som behandling av “casing” och mikrojet, skulle  kunna  ändra  läckageflödet  avsevärt,  men  medför  tyvärr  ytterligare  förlust,  för  att  inte  tala  om  svårigheten att tillverka en sådan struktur. Samtidig flödeskontroll med hjälp av plasma aktuatorer  som är relativt lätta att bygga, reagerar snabbt och har en bred excitationsbandvid. Denna metod  har blivit en ny trend inom det interna flödesaktiva kontrollområdet. 

 

I  denna  forskning  antas  en  modell  för  att  simulera  plasmaaktivering  av  DBD  i  flödesfältet  i  en  kompressorskaskad. Man försöker ta reda på hur plasmaaktivering påverkar läckageflödet. Möjliga  sätt att förbättra effekten av plasmaaktivering diskuteras. 

 

För  det  första  genomförs  numerisk  simulering  av  flödet  i  en  kompressorskaskad  utan  plasmaaktivering för att validera noggrannheten i den numeriska metoden. Därefter undersöks i  detalj vilken inverkan den relativa rörelsen av ”casing” har på läckageflödet genom toppspelet och  mekanismen för toppspelsvirvel analyseras. Resultaten visar:      1. Startposition för läckagevirveln rör sig mot skovelns framkant när man introducerar och ökar  den relativa hastigheten för ”casing”.    2. I takt med att den relativa hastigheten ökar, kretsbanan för    läckage virveln rör sig bort från  skovelns sugsida och närmare mot ”casing”. 

3. Den  relativa  rörelsen  tenderar  att  omvandla  virveln  från  cirkulär  till  oval  form  på  grund  av  skjuvkrafter.  4. Den relativa rörelsen av ”casing” påverkar inte det totala tryckfältet när det gäller det absoluta  tryckvärdet. Samtidigt som den totala tryckförlusten minskar något med ökad hastighet.  5. Virveltransport från toppspelet till huvudkanalen kan på ett betydande sätt bidra till att skapa  virvelns inre kärna.    I senare delen av arbetet utvecklas och tillämpas en förenklad modell för plasmaaktivering av DBD  baserad  på  litteratur  [1],  genom  att  använda  UDF‐funktionen  i  kommersiell  CFD  programvara  Fluent.  Olika  aktuatorläge,  spänningar  och  frekvenser  prövas  i  simuleringen  och  jämförs.  De  viktigaste slutsatserna är följande:   

 

6. Aktuering av plasma visar en betydande dämpningseffekt på läckagevirveln i toppspelet både  va det gäller dess storlek, bana och styrka. 

7. Den  dämpande  effekten  på  läckagevirveln  blir  starkare  när  aktuator  monteras  närmare  skovelns framkant. 

8. Ökad aktuatorspänning leder till en starkare dämpande effekt på läckagevirveln. 

(6)

10. Den  relativa  rörelsen  av  ”casing”  försvagar  effekten  av  plasmaaktuering.  För  att  uppnå  tillräcklig dämpningseffekt i riktiga kompressorer krävs mer effekt till aktuatorn.   

 

Nyckelord: Flödesreglering, DBD Plasma‐aktuator, numerisk simulering, toppspelsflöde, 

(7)
(8)
(9)

Figures

Figure 1 Classification of flow control strategies ... 14  Figure 2 Classification of active control strategies ... 14  Figure 3 Typical DBD plasma actuator structure ... 16  Figure 4 Illustration of a working DBD plasma actuator and the micro discharge process ... 16  Figure 5 Classification of plasma ... 17  Figure 6 Comparison of different dielectric materials ... 17  Figure 7 Flow field with different actuation voltage phases ... 18  Figure 8 Orlov's numerical model of DBD plasma actuation ... 18  Figure 9 Paraelectric plasma actuators' effect on leading edge separation ... 19  Figure 10 Lift‐drag ratio increase by plasma actuation ... 19  Figure 11 Effect of different DBD setup on delta wing with different sweep back angle... 20 

Figure  12  Suppression  effect  of  DBD  actuation  on  leading  edge  separation  with  different  excitation voltage and duty cycle ... 20  Figure 13 Influence of DBD plasma actuation on separation in a low pressure turbine ... 20  Figure 14 Comparison of different actuation frequencies on tip leakage flow ... 21  Figure 15 Stall suppression effect in axial compressor with different actuation positions ... 21  Figure 16 Suppressing effect of plasma actuation on tip leakage flow ... 22  Figure 17 Working process of UDF within Fluent ... 23  Figure 18 Illustration of electric field distribution of plasma area ... 24  Figure 19 Illustration of compressor cascade passage and measuring positions ... 27  Figure 20 Comparison of pressure coefficient for different turbulent models at 98.5% span 28  Figure 21 Comparison of axial velocity with different turbulent models at 55% chord, 97% span ... 29  Figure 22 Illustration of medium mesh ... 30 

Figure  23  Circumferential  averaged  pressure  at  trailing  edge  plane  for  different  meshing  proposals ... 30 

Figure  24  Total  pressure  of  tip  leakage  vortex  core  at  different  axial  planes  with  different  meshing ... 31 

Figure 25 Pressure contour on shroud for different casing moving speed(unit/Pa) ... 32 

Figure 26 Distance of TLV core from shroud for different casing moving speed ... 33 

Figure 27 Distance of TLV core from blade suction side ... 33 

Figure 28 Q contour of multiple traverse planes for different casing moving speed ... 34 

(10)

Figure  36  Zoom‐in  contour  of  z  vorticity  contour  near  tip  clearance  exit  for  stationary  and  moving casing at 10% chord ... 39  Figure 37 Tip leakage vortex illustration for stationary casing and moving casing ... 40  Figure 38 Illustration of different actuation positions ... 42  Figure 39 Pressure contour of shroud for different actuation positions(unit/Pa) ... 43  Figure 40 Q contour for multiple traverse planes with and without plasma actuation ... 43  Figure 41 Zoom‐in view of Q contour at 70% chord for position 1 and position 3 ... 44  Figure 42 Streamtraces of tip leakage vortex with and without plasma actuation ... 44 

Figure  43  Z‐vorticity  contour  inside  tip  clearance  at  10%  chord  with  and  without  plasma  actuation ... 45  Figure 44 Shroud pressure contour with different actuation voltages(unit/Pa) ... 46  Figure 45 Q contour at multiple traverse planes for different actuation voltages ... 47  Figure 46 Zoom‐in view of Q contour at 70% chord for different actuation voltage ... 47  Figure 47 Z‐vorticity contour inside tip clearance at 10% chord for different actuation voltages ... 47 

Figure  48  A  certain  set  of  streamtraces  for  different  actuation  voltages  and  leakage  flow  illustration with 9000 volts actuation ... 48  Figure 49 Total pressure contour with different actuation voltages(unit/Pa) ... 49  Figure 50 Mass‐averaged total pressure loss coefficient at different axial planes for different  actuation voltages ... 49  Figure 51 Shroud pressure contour with different actuation frequencies(unit/Pa) ... 50  Figure 52 Comparison of shroud pressure contour for 9000 V case and 9000 Hz case(unit/Pa) ... 51  Figure 53 Q contour at multiple traverse planes for different actuation frequencies ... 52  Figure 54 Q contour at 70% chord for 9000V case and 9000Hz case ... 52  Figure 55 Z‐vorticity contour inside tip clearance at 10%chord for 9000 V case and 9000 Hz  case ... 52  Figure 56 Tip leakage vortex structure for 9000 V case and 9000 Hz case ... 53 

Figure  57  Shroud  pressure  contour  with  casing  movement  for  different  actuation  frequencies(unit/Pa) ... 54 

Figure 58 Q contour with casing movement for different actuation frequencies ... 55 

Figure  59  Z‐vorticity  contour  inside  tip  clearance  at  10%  chord  with  and  without  casing  movement for 3000 Hz and 9000 Hz actuation ... 56 

Figure 60 A certain set of streamtraces with and without casing movement for 3000 Hz and  9000 Hz actuation ... 57 

(11)
(12)
(13)

RSM  Reynolds stress model 

TLV  Tip leakage vortex 

 

(14)

1 Introduction

1.1 Background 

Flow control methods consist of active control method and passive control method, as shown in  figure 1. Passive control method has been widely used on airfoil and aero engines. This kind of  method  modifies  flow  field  through  a  set  of  mechanical  structures  and  is  predesigned.  Which  means  when  engines  work  at  off  design  conditions,  best  performance  could  not  be  achieved.  However, active control method tends to be more flexible. It achieves effective flow modification  locally or globally by inputting local energy. The excitation time and position can be adjusted to a  certain  extent  [2].  In  recent  years,  much  attention  has  been  paid  to  active  control  method,  especially on the field of aerodynamic designing.   

 

  Figure 1 Classification of flow control strategies  

There are numerous kinds of active control methods, a detailed classification has been made by  Louis. N [3], as shown in figure 2. Most commonly used method is fluidic method, namely jet flow,  including micro blowing and zero net mass flux. Another method is moving object/surface method.  It  provides  flow  field  with  steady  or  periodic  or  pulse  momentum  input  through  certain  parts  moving, rotating or transforming. However, both methods require introducing complex mechanical  devices.  Additionally,  such  methods  cannot  respond  fast  enough  due  to  mechanical  limits.  The  advantages and disadvantages of these active control strategies are listed in table 1.   

(15)

Table 1 Advantages and disadvantages of commonly used active control strategies  

(16)

Figure 3 Typical DBD plasma actuator structure  

 

 

Figure 4 Illustration of a working DBD plasma actuator and the micro discharge process

1.2 Fundamentals  of  Dielectric  barrier  discharge  control 

technology 

(17)

Figure 5 Classification of plasma   Device for dielectric barrier discharge is usually relatively easy to build. In addition, unwanted heat  can be dissipated through metal electrode. The barrier is capable of preventing electric spark or  arc discharge. Normally the discharge process is steady under atmospheric pressure.   

Discharge  will  influence  the  flow  field  in  two  ways.  First  one  is  through  plasma’s  collision  with  surrounding air particles. Plasma accelerates in the electric field, then inevitably collides with other  air particles. Whether the collisions are elastic or inelastic, energy is transferred to the flow field.  Secondly, a part of the electric energy turns into heat and dissipated into the flow field, causing  the temperature near the electrode to change.   

1.3 Overview for development of DBD plasma actuation 

Roth and Sherman investigated boundary layer control with uniform glow discharge plasma and  came up with the plasma momentum transfer theory and found out the best dielectric materials  were Teflon and quartz [7], as shown in figure 6. Post and Corke adopted PIV and Pitot tube and  collected  abundant  experimental  data  with  different  voltage  phases  for  plasma  actuator  [8],  as  shown  in  figure  7.  Estevadeordal  and  Gogineni  divided  the  induced  flow  field  into  three  parts,  reversed flow region upstream of the exposed electrode, wall jet region downstream of the buried  electrode and the in between region [9]. Whalley studied DBD induced vortex and arrived at similar  conclusion  with  Corke  and  Estevadeordal  [10].  Erfani  found  that  the  temperature  of  dielectric  barrier surface had great influence on plasma induced velocity [11].   

(18)

Figure 7 Flow field with different actuation voltage phases  

Based  on  rich  experimental  data,  researchers  started  to  work  on  computational  model  to  accurately simulate DBD plasma actuation. One of the earliest models was proposed by Roy and  Gaionde. This model mainly focused on resolving transport equation to obtain reduced body force.  However, it took huge calculating resource and time [12]. Then Shyy came up with a model that  was more suitable for engineering application. It assumes body force is linearized, which turned  out to be feasible compared with experimental results [1]. A number of researchers had applied  this model and verified its reliability [14, 15]. Suzen proposed a more complicated model which  resolved Maxwell equation and charge density equation to achieve distribution of electrical field  and charges, thus achieving body force [13]. Liang Hua did some related research using this model  [16]. Orlov and Corke treated plasma actuator as a lumped circuit model. They tried to acquire  body force by resolving this lumped circuit [17], as shown in figure 8.        Figure 8 Orlov's numerical model of DBD plasma actuation

(19)

Figure 9 Paraelectric plasma actuators' effect on leading edge separation  

Corke studied NACA 663 and NACA0015 airfoils under different working conditions [19]. He found  that although induced velocity by one actuator was small, the leverage effect could increase control  range.  Also,  critical  angle  of  attack  would  increase  with  plasma  actuation.  Patel  investigated  aerodynamic control of plasma actuation on an unmanned air vehicle and came to conclusion that  plasma actuation could reduce drag and increase effective lift‐drag ratio [20], as shown in figure  10. 

 

 

Figure 10 Lift-drag ratio increase by plasma actuation  

(20)

Figure 11 Effect of different DBD setup on delta wing with different sweep back angle   Li Yinghong studied suppression effect of DBD actuation on leading edge separation with different  excitation voltage, location and duty cycle, as shown in figure 12. Data indicated that best location  for DBD actuation was the separation starting point. With larger inlet velocity and more severe  separation situation, higher voltage should be provided. Plasma actuation could improve critical  angle of attack and lift for NACA0015 airfoil [27].            Figure 12 Suppression effect of DBD actuation on leading edge separation with different

excitation voltage and duty cycle  

DBD plasma actuation has been applied on turbomachinery as well. Huang Junhui applied plasma  actuation on low pressure turbine to study its influence on separation, as shown in figure 13. He  came  to  conclusion  that  plasma  actuation  was  able  to  make  the  reattachment  happen.  The  reattachment point shifted upstream with plasma actuation [22].   

 

(21)

flow with passive casing treatment and active plasma actuation. Results showed plasma actuation  decreased total pressure loss by 12 percent and plasma actuation affected the flow field less than  casing treatment [24]. Travis D found out that plasma actuation could influence tip leakage flow  more with high frequency [23], as shown in figure 14.       

Figure 14 Comparison of different actuation frequencies on tip leakage flow   Huu investigated stall suppression effect in axial compressor with plasma actuation. The research  indicated that when actuator was placed near leading edge and tip clearance, an effective control  could be achieved, as shown if figure 15.       

Figure 15 Stall suppression effect in axial compressor with different actuation positions  

(22)

Figure 16 Suppressing effect of plasma actuation on tip leakage flow

1.4 Objective and contents of this dissertation 

Main  objective  of  this  dissertation  is  to  investigate  how  could  plasma  actuation  influence  tip  leakage flow in a compressor cascade. Methods to enhance its influence are also to be explored so  that  loss  reduction  and  better  performance  can  be  achieved.  Contents  for  each  chapter  are  presented below.    Chapter one is an introduction to this research work. Background information is provided. Basic  knowledge about DBD plasma actuation is given. An overview of DBD plasma actuation technology  is presented.    Chapter two is about methodology adopted, including numerical software for both meshing and  calculating.  More  importantly,  the  phenomenological  model  used  to  simulate  DBD  plasma  actuation is explained in detail. A piece of code is created to link the model with the numerical  software.   

 

In  chapter  three,  geometry  detail  of  the  compressor  for  this  research  is  described.  Several  turbulent models as well as meshing arrangements are tested to determine an approach that best  simulates  the  flow  field  in  the  compressor  cascade.  Flow  field  without  plasma  actuation  is  compared  with  experimental  data  for  accuracy  verification.  Meanwhile  influence  of  casing  movement  on  tip  leakage  flow  is  investigated.  Possible  mechanism  on  tip  leakage  vortex  core  generation is discussed.    In chapter four, influence of plasma actuation on tip leakage flow with different actuation locations,  different voltages and different frequencies are discussed in detail. Casing movement is included  afterwards to simulate a more real compressor working condition.     

Chapter  five  is  a  summary  for  the  research  work.  Improvements  needed  for  future  work  are  pointed out.   

(23)

2 Methodology

2.1 Introduction of numerical tools 

Since  1960s,  computational  fluid  dynamics  has  been  rising  rapidly  along  with  development  of  computers and numerical algorithms. Researchers are able to conduct thorough analysis on fluid  dynamics,  heat  transfer  and  combustion  with  help  of  numerical  simulation  and  visualization  technique.  After  decades’  development  and  improvement,  numerical  simulation  has  become  essential and widely used in the field of fluid dynamics. 

 

(24)

of its own. A UDF program can be interpreted or compiled. Interpreted UDF program is easy to use,  but has calculating speed limitation. Compiled UDF program does not have such problems, but has  some setup difficulties. UDF can be used to define boundary conditions, material properties, add  source term to transport equations, initialize cases and modify models. In this research plasma  actuation body force is added into the flow field as source term.     

2.2 Phenomenological model for plasma actuation simulation 

The phenomenological model created by Shyy [1] is adopted in this research. This model is based  on sufficient experimental and theoretical analysis. It focuses on dominating factors to simulate  plasma actuation while neglects some relatively minor factors. Though this model cannot simulate  the  interaction  between  plasma  and  air  particles  one  hundred  accurately,  it  can  capture  core  structure of plasma. This model is relatively easy to build, plus it does not consume huge amount  of calculating resource. All of the above make this model a perfect choice for preliminary studies  for complex flow.   

 

  Figure 18 Illustration of electric field distribution of plasma area  

Figure 18 shows the simplified illustration of electric field of plasma actuator. Shyy assumes a linear  distribution  for  the  electric  field.  Electric  field  strength  decreases  away  from  point  O,  electric  strength can be derived as:    |𝐸| 𝐸 𝑘 𝑥 𝑘 𝑦      (1)  𝐸   represents electric strength of point O, namely the strongest electric strength, it is calculated  by:  𝐸       (2)  Where d represents the distance between exposed electrode and buried electrode. 

(25)
(26)

𝐷 0 𝐹 𝐹 0       (14)    Where u, v are velocity components.  𝜌, p, t represent density, static pressure and time. 𝜏  is shear  stress  and  k  is  heat  transfer  coefficient.  𝐹    and  𝐹    are  linearly  distributed  in  certain  region and turn zero outside this region. Induced body force and electric field strength are: 

𝐹 𝜗𝛼𝜌 𝑒 Δ𝑡𝐸𝛿       (15)  𝐸 ,       (16)   

3 Result and analysis on tip leakage flow with casing

movement

3.1 Compressor cascade description 

A compressor cascade with NACA65‐1810 blades at design condition is selected for this research.  S.  Kang  and  C.  Hirsch  have  conducted  experimental  study  on  this  cascade  [33,34].  Rich  experimental data and detailed analysis on velocity, pressure and tip leakage vortex are accessible.  Geometry detail of the compressor blade is listed below in table 2 and an illustration of the blade  passage is shown in figure 19.   

 

Table 2 Compressor Blade Geometry

(27)

Figure 19 Illustration of compressor cascade passage and measuring positions  

Gas inside this cascade can be regarded as ideal incompressible air due to its low velocity. S. Kang  provided  velocity  boundary  condition  at  40  percent  chord  upstream  of  leading  edge.  But  40  percent  chord  upstream  of  leading  edge  may  not  be  sufficient.  Thus,  boundary  condition  100  percent chord upstream of leading edge is derived, plus inlet flow angle to be the inlet velocity  boundary condition. Outlet boundary is pressure boundary. No slip condition is selected for the  walls.  Periodic  condition  is  set  for  the  two  boundaries  circumferentially.  Second  Order  Upwind  SIMPLE  algorithm  is  adopted  for  the  solution.  For  reference,  X  Y  Z  represent  spanwise,  circumferential and axial direction respectively.   

 

3.2 Turbulent model choice 

There  are  mainly  three  kinds  of  numerical  simulation  methods  for  complex  flow,  namely  direct  numerical  simulation,  large  eddy  simulation  and  Reynolds  averaged  Navier  Stokes  equations  simulation. DNS and LES methods are limited by current calculating technology and are difficult to  apply on engineering problems since they consume huge calculating resources. Currently, they can  only  be  used  on  basic  flow  simulation  research.  However,  RANS  method  requires  much  less  calculating resource and it is able to acquire sufficient solution for engineering applications. One  of the key elements influencing accuracy for RANS method is turbulent model selection.   

 

(28)

energy transfer but is limited by isotropic assumption of turbulent viscous coefficient. RSM model  is the most accurate model among the above models. It abandons isotropic assumption and strictly  considers  streamline  bending,  swirling  and  tension  changing.  Thus,  RSM  model  achieves  better  accuracy  for  complex  flow.  But  it  adds  seven  equations  into  three‐dimensional  flow  field  and  significantly increases calculating resource. Plus, good convergence is hard to achieve with RSM  model than with SA or k‐𝜀  model.   

 

In this research, Spalart‐Allmaras model, k‐𝜀  model, k‐𝜔  model and Reynolds stress model are all  applied and compared with each other in order to find out suitable model for better simulation of  tip leakage flow. Tip clearance is set as 4mm (2% chord) with no casing movement.      Figure 20 shows comparison of static pressure coefficient with different turbulent models at 98.5%  span. Static pressure coefficient is calculated by:  𝐶       (17)  Reference parameters are obtained from 50% span of inlet plane as mentioned in literature [33].  Difference  exists  for  all  models  compared  with  experimental  data.  This  is  acceptable  since  no  turbulent model predicts flow field one hundred percent accurate. The lowest pressure position is  generally believed to be closely related with generation of tip leakage vortex. It is seen that all  models  predict  this  position  nearer  leading  edge  than  experimental  value.  Apart  from  this,  distinction  between  different  models  seems  little.  Near  trailing  edge  on  suction  side,  two  k‐𝜀  models share same predicted value with RSM model. While two k‐𝜔  models seem a bit off from  experimental value. SA model prediction is somewhere between k‐𝜀  and k‐𝜔  predictions.   

 

Figure 20 Comparison of pressure coefficient for different turbulent models at 98.5% span  

Figure 21 is comparison of axial velocity distribution along circumferential direction with different  turbulent models at 55%chord, 97%span. All models have captured the low velocity zone 

(29)

distribution the most. Again, two k‐𝜀  models do not exhibit much difference. 

Figure 21 Comparison of axial velocity with different turbulent models at 55% chord, 97% span   Based on the above discussion, for flow field near blade tip region and suction side of the blade,  RSM model does not perform better than other models even at a cost of much more calculating  resource. Additionally, according to common experience it is hard to achieve well convergent  results for RSM model than other models. S‐A model does not acquire better predicted results  than k‐𝜀  model either due to its excessive simplification. Taking everything into consideration, k‐ 𝜀  standard model is to be employed for this research.     

3.3 Meshing arrangements 

Generating fine mesh is a significant step to achieve accurate simulating results, especially for tip  leakage  flow  study.  Auto  grid5  provides  structural  O‐4H  grid.  Connections  between  different  partitions are completely matched, thus interpolation error is avoided.    In this study, three meshing plans are proposed. Medium mesh has 1.2 times of grid points along  three directions than coarse mesh, while fine mesh has 1.5 times of grid points than coarse. Tip  clearance is set 4mm (2% chord) with no casing movement. Figure 22 is an illustration of the mesh  quality for medium mesh proposal. Details for three meshing proposals are listed in table 3. The  aim is to dig out how fine the meshing should be to achieve sufficiently accurate results which are  independent of meshing.     

(30)

Medium  Mesh  77  29  94  131  64  94  29  <1.35  1267411  Fine mesh  93  33  111  152  80  111  33  <1.38  1895560      Figure 22 Illustration of medium mesh

  Figure 23 is circumferential averaged pressure on trailing edge plane for different meshes. It can  be clearly seen that medium mesh and fine mesh obtain same results while coarse mesh  prediction seems a bit lower than these two. For reference, actual pressure minus 1 atm equals  the pressure values in this research.      Total pressure value of tip leakage vortex core at different axial planes for these meshing  proposals is also acquired, as illustrated in figure 24. Q criterion is adopted to identify vortex in  this research. Similar conclusion can be drawn that coarse mesh does not predict the flow field  well enough compared with medium and fine mesh. In the meantime, fine mesh seems to be  taking up unnecessary calculating resource than needed. Overall, medium mesh is selected for  better sufficient simulation results.       

Figure 23 Circumferential averaged pressure at trailing edge plane for different meshing proposals

(31)
(32)

 

(33)

Figure 26 Distance of TLV core from shroud for different casing moving speed

(34)

 

 

(35)

       

 

Figure 29 Total pressure contour of traverse axial planes for different casing moving speed(unit/Pa)

 

Figure 30 Mass-averaged total pressure loss coefficient at different axial planes for different casing moving speed

 

25m/s 

(36)

3.5 Discussion on tip leakage vortex roll‐up mechanism 

In  this  part,  possible  roll‐up  mechanisms  for  tip  leakage  vortex  are  discussed  with  different  tip  clearances  and  with  different  casing  moving  speed.  Flow  field  is  analyzed  in  detail  with  streamtraces inside the blade passage in three dimensions.      A commonly known explanation for roll‐up of tip leakage vortex is shearing between passage flow  and leakage flow. This mechanism may not work for all cases. 1% chord clearance is selected as a  comparison. Figure 31 shows a set of streamtraces passing near leading edge and blade tip for two  tip clearances. For 1% chord clearance, shearing between passage flow and leakage flow is not  observed.  Instead,  all  streamtraces  are  pushed  under  bottom  tip  leakage  flow  and  do  not  roll  around  outer  side  of  tip  leakage  vortex  until  far  downstream  of  trailing  edge.  This  is  a  good  indicator of the blockage effect for tip leakage flow. However, for 2% chord clearance, situation  seems obviously different. Majority of streamtraces are still pushed under tip leakage flow inside  the passage which is similar with 1% chord clearance case. Some of the streamtraces are involved  into tip leakage vortex before trailing edge.           

(37)

But the swirling direction is opposite to that of tip leakage vortex. These streamtraces are likely to  resist being involved into tip leakage vortex and end up under bottom of the tip leakage vortex.  They will join the blockage flow mentioned above and roll around outer side of tip leakage vortex  gradually after downstream of trailing edge.      Third type of streamtraces pass through tip clearance after 50% chord axially. Normally these  streamtraces tend to roll up into tip leakage vortex as a group and form the outer part of tip  leakage vortex in a tube shape. Whether passing near blade tip or passing near shroud does not  make a big difference any more. They just roll up an existing core generated from first half chord.  Overall, streamtraces that pass through tip clearance near blade tip are likely to join tip leakage  vortex faster than others.           

(38)

  Figure 33 z vorticity contour at 10% chord inside tip clearance for 1% chord clearance case

  A conclusion can be drawn that for small tip clearance situation, transport of vorticity from tip  clearance to blade passage is leading mechanism for tip leakage vortex core roll‐up. As for large  tip clearance situation, conventional explanation of shearing between tip leakage flow and  passage flow may be playing vital role. While for medium tip clearance, tip leakage vortex core  roll‐up may be related with both mechanisms.      However, results presented above does not represent real flow condition since casing movement  is not included. In the following part, influence of casing movement on tip leakage vortex core  roll‐up is to be investigated. With shroud moving, its shearing on leakage flow should be acting to  enhance leakage flow as well as tip leakage vortex. Figure 34 shows a set of streamtraces passing  near leading edge and blade tip for stationary casing and moving casing with speed of 25m/s.  Obvious difference is shown between two cases. Instead of being pushed under tip leakage flow,  almost all streamtraces are involved into tip leakage vortex within blade passage. However, most  of the streamtraces roll around tip leakage vortex after 50%chord axially. Which means these  streamtraces do not constitute tip leakage vortex core. This will lead to the fact that vorticity  transport may still be significant concerning generation of tip leakage vortex core.        Figure 34 Streamtraces passing near blade tip and leading edge for different casing moving speed

Near exit 

Stationary 

(39)

moving casing in figure 35. For stationary casing, tip leakage flow shearing with blade tip results  in positive vorticity while shearing with shroud results in negative vorticity as already discussed  previously. Thickness of positive and negative vorticity region are symmetric inside tip clearance.  However, for moving casing, negative vorticity zone is no longer observed. If a closer look at the  thickness of the positive vorticity zone is taken, it also increases with moving casing as shown in  figure 36. With increased boundary layer thickness, more fluid rather than that very close to the  blade tip will pass through tip clearance and roll into tip leakage vortex. Which means more  vorticity is transported out of tip clearance, thus a larger tip leakage vortex is to be generated.        Figure 35 Z vorticity contour inside tip clearance at 10% chord for stationary and moving casing  

  Figure 36 Zoom-in contour of z vorticity contour near tip clearance exit for stationary and moving

(40)

  Figure 37 Tip leakage vortex illustration for stationary casing and moving casing

 

3.6 Summary   

Compressor  cascade  together  with  blade  geometry  is  described  in  detail.  Commonly  used  turbulent  models  are  applied  in  this  study  and  k‐𝜀   standard  is  adopted  after  weighing  various  factors comprehensively.      Three meshing structures are proposed with increasing mesh number and medium mesh proposal  is sufficient for this research.    Influence of casing movement on tip leakage flow is investigated with speed of 0 m/s, 15 m/s and  25 m/s separately. Main conclusions are as follow:    1. Generating position of tip leakage vortex moves towards leading edge with increasing moving  speed of shroud.  2. As shroud moving speed increases, trajectory of tip leakage vortex moves away from suction  side of blade and closely towards shroud. 

3. Casing  movement  tends  to  transform  tip  leakage  vortex  from  circular  to  oval  shape  due  to  circumferential shearing. 

4. Casing  movement  has  little  influence  on  total  pressure  field  concerning  absolute  pressure  value. While total pressure loss does reduce slightly with increasing moving speed of shroud.  5. Vorticity  transport  from  tip  clearance  into  passage  may  be  contributing  significantly  to 

generation of tip leakage vortex inner core.   

(41)

4 Influence of plasma actuation on tip leakage flow

Modern aero engine compressor is required to possess high pressure ratio, which is a conflict with  wide and stable operation range. When aero engine works at off‐design condition, compressor is  likely to enter unstable working condition such as rotating stall and surge which may lead to major  accident.      In order to effectively widen stall margin, study on instability mechanism is inevitable. Abundant  experimental  and  numerical  research  has  indicated  that  rotating  stall  is  closely  related  with  tip  leakage flow [38,39,40]. 

 

Plasma  actuation,  as an active  flow  control  method,  can  adjust  actuation  strength  according  to  operating  condition  without  efficiency  reduction.  A  great  deal  of  numerical  research  has  been  conducted  concerning  plasma  actuation.  Vo  introduced  plasma  actuation  into  N‐S  equations  as  body force and studied its suppression effect on rotating stall [41]. Whereas experimental work  that  has  been  conducted  concerning  plasma  actuation  application  in  turbomachinery  is  not  as  much.   

 

In  this  chapter,  as  a  first  step  before  experimental  research  on  casing  treatment,  numerical  simulation is conducted on a compressor cascade to investigate influence of plasma actuation on  tip leakage flow with different actuation parameters.       

 

(42)
(43)

  Figure 39 Pressure contour of shroud for different actuation positions(unit/Pa)   Next, Q contours for multiple traverse planes are to be investigated to study influence of different  actuation positions on tip leakage vortex strength. Figure40 shows clearly that tip leakage vortex  is retained right adjacent to blade suction side with a much smaller area with plasma actuation.  Plasma actuation exhibits great suppressing effect on development of tip leakage vortex. Figure  41 shows zoom‐in Q contour comparison between position 1 and position 3 at 70% chord. The  vorticity of actuation position 3 is obviously stronger than of actuation position 1. Which  coincides with the shroud pressure contour discussion that further away from leading edge of  plasma actuation results in stronger tip leakage vortex.          Figure 40 Q contour for multiple traverse planes with and without plasma actuation

Without plasma 

Position 3  Position 2 

(44)

  Figure 41 Zoom-in view of Q contour at 70% chord for position 1 and position 3

(45)

  Figure 43 Z-vorticity contour inside tip clearance at 10% chord with and without plasma

(46)

 

(47)

  Figure 45 Q contour at multiple traverse planes for different actuation voltages

 

  Figure 46 Zoom-in view of Q contour at 70% chord for different actuation voltage

 

(48)

through tip clearance. While most of them are blown into the passage flow with an axial  direction. The shear layer of plasma induced jet flow not only reduces leakage flow through tip  clearance, but also obstructs leakage flow by forcing it towards axial direction so that tip  clearance flow exits tip clearance further downstream. On the other hand, due to this axial  change of direction caused by shearing of induced flow, some streamtraces which used to travel  along blade pressure side are now pushed into tip clearance. This clearance flow coming in from  blade pressure side, together with leakage flow form a small vortex with weak strength, as shown  in the fourth picture of figure 48.                     

Figure 48 A certain set of streamtraces for different actuation voltages and leakage flow illustration with 9000 volts actuation

(49)

 

 

Figure 49 Total pressure contour with different actuation voltages(unit/Pa)

 

Figure 50 Mass-averaged total pressure loss coefficient at different axial planes for different actuation voltages

 

Mass‐averaged  total  pressure  loss  coefficient  at  different  axial  planes  for  different  actuation  voltages  is  collected  and  compared  in  figure  50.  It  can  be  seen  that  with  increasing  actuation 

(50)

for  fluid  near  tip  region.  Total  pressure  for  that  part  of  fluid  is  enhanced  accordingly.  An  approximately  linear  relation  between  actuation  power  and  decreasing  total  pressure  loss  is  observed.   

4.3 Influence  of  different  actuation  frequency  on  tip  leakage 

flow 

In this section, actuation voltage is fixed at 3000 volts while actuation frequency varies with 3000  Hz, 6000 Hz and 9000 Hz separately with tip clearance of 4mm (2% chord). The aim is to investigate  influence of actuation frequency on tip leakage vortex behavior. Meanwhile, the suppressing effect  for  tip  leakage  vortex  with  actuation  voltage  and  actuation  frequency  is  to  be  compared  and  discussed to find out which parameter performs better at suppressing tip leakage flow.   

 

Figure 51 shows shroud pressure contour for different actuation frequencies. Results seem similar  with those of last section. Low pressure zone related with tip leakage vortex is located at about  same  position  for  three  cases  at  70%  chord.  While  pressure  value  of  the  low‐pressure  zone  increases with increasing actuation frequency. Which represents stronger suppressing effect for tip  leakage vortex with stronger actuation.   

 

 

 

Figure 51 Shroud pressure contour with different actuation frequencies(unit/Pa)

3000Hz  6000Hz 

(51)

value is observed, as shown in figure 52. The darker color of blue means stronger influence of tip  leakage vortex on pressure distribution in tip region. Which may mean tip leakage vortex with 9000  volts actuation is stronger than that of 9000 Hz actuation. And actuation frequency may be more  influential  on  suppressing  tip  leakage  vortex  than  actuation  voltage.  More  evidence  is  needed  before this conclusion can be drawn.   

(52)

 

Figure 53 Q contour at multiple traverse planes for different actuation frequencies

  Figure 54 Q contour at 70% chord for 9000V case and 9000Hz case

 

  Figure 55 Z-vorticity contour inside tip clearance at 10%chord for 9000 V case and 9000 Hz case  

9000V  9000Hz 

(53)

  Figure 56 Tip leakage vortex structure for 9000 V case and 9000 Hz case

  Figure 54 shows Q value at 70% chord position where tip leakage vortex is generated. Size of tip  leakage vortex tends to be a bit bigger for 9000 volts case than 9000 Hz case.    Z‐vorticity contour inside tip clearance for both cases are also compared, as shown in figure 55.  Thickness of positive vorticity zone on blade tip is a bit bigger for 9000 volts case than 9000 Hz  case. Meanwhile the length of negative vorticity coming inside tip clearance is shorter for 9000  volts case than 9000 Hz case. Which indicates less obstruction for 9000 volts case. It can be inferred  from both phenomena that tip leakage vortex of 9000 volts case should be stronger than that of  9000 Hz case.      Streamtraces are generated and compared to provide us a clearer view of the tip leakage vortex  structure for both cases, as shown in figure 56. Result agrees with the theory above that tip leakage  vortex  of  9000  volts  case  is  larger  and  stronger  than  that  of  9000  Hz  case.  Which  answers  the  question  at  the  beginning  of  this  section.  Compared  with  actuation  voltage,  the  actuation  frequency tends to be more influential suppressing tip leakage vortex.   

 

It should be noted that both voltage increase and frequency increase eventually come down to  power increase. With increasing energy added into tip region of compressor, tip leakage vortex is  more  efficiently  suppressed.  Which  results  in  compressor  performance  and  efficiency  improvement.         

 

(54)

Shroud pressure contour is compared first between two 3000 Hz actuation cases with and  without casing movement, as shown in figure 57. From chapter 3 it is learnt that casing  movement enhances tip leakage vortex with a shearing layer of same direction with leakage flow.  Darker blue in low‐pressure region caused by tip leakage vortex is clearly seen with casing  movement that agrees with this discussion. Casing movement acts to weaken the tip leakage  vortex suppressing effect of plasma actuation. Then as actuation frequency increases, pressure  value rises again.        Figure 57 Shroud pressure contour with casing movement for different actuation

(55)

 

(56)

 

  Figure 59 Z-vorticity contour inside tip clearance at 10% chord with and without casing

movement for 3000 Hz and 9000 Hz actuation  

 

9000Hz (stationary)    9000Hz (moving) 

(57)

  Figure 60 A certain set of streamtraces with and without casing movement for 3000 Hz and 9000

Hz actuation   A same set of streamtraces is generated for comparison with and without casing movement for  3000 Hz and 9000 Hz actuation, as shown in figure 60. Detachment of tip leakage vortex from  blade suction side with casing movement is clearly seen for 3000 Hz actuation. Here two  streamtraces are picked out as a representative of the shearing effect with casing movement. The  streamtrace labeled in red shows a change in direction towards direction of leakage flow. The  streamtrace labeled in green which used to travel near trailing edge is now forced to join leakage  flow. This also reveals an increase in leakage flow caused by casing movement. The plasma  induced jet flow obstructs tip leakage flow with a shearing layer in axial direction while casing  movement enhances tip leakage flow with a shearing layer in circumferential direction. In this  study, rotational speed is relatively low. Thus, enhancing effect of tip leakage vortex is not so  severe, but still worth noticing. It is reasonable to believe that in a real compressor with high  rotational speed, higher actuation power will be needed to achieve substantial suppressing  effect. Which will in return result in higher requirements for the plasma actuator.     

4.5 Summary 

Different actuation positions, different actuation voltages and different actuation frequencies are  applied to investigate influence of plasma actuation on tip leakage flow. Major conclusions are as  follow:   

(58)

actuation.  More  actuation  power  is  needed  to  achieve  sufficient  suppressing  effect  in  real  compressors.   

(59)

5 Conclusions

In this research, a 3‐D numerical simulation of flow field inside a compressor cascade is conducted.  A numerical model is adopted to simulate plasma actuation. This model is added into flow field  with UDF function of commercial software Fluent. The focus is on influence of plasma actuation on  tip leakage flow.     

Firstly,  numerical  simulation  without  plasma  actuation  is  conducted  to  validate  accuracy  of  the  numerical methodology and then determine one scheme that satisfies specific needs sufficiently.  Meanwhile, influence of casing movement on tip leakage flow as well as mechanism of tip leakage  vortex core generation is studied in detail. Major conclusions are as follow:    1. Generating position of tip leakage vortex moves towards leading edge with increasing moving  speed of shroud.  2. As shroud moving speed increases, trajectory of tip leakage vortex moves away from suction  side of blade and closely towards shroud. 

3. Casing  movement  tends  to  transform  tip  leakage  vortex  from  circular  to  oval  shape  due  to  circumferential shearing. 

4. Casing  movement  has  little  influence  on  total  pressure  field  concerning  absolute  pressure  value. While total pressure loss does reduce slightly with increasing moving speed of shroud.  5. Vorticity  transport  from  tip  clearance  into  passage  may  be  contributing  significantly  to 

generation of tip leakage vortex inner core.    Secondly, numerical simulation with plasma actuation is conducted. Different actuation positions,  voltages and frequencies are applied and investigated. Then casing movement is included in the  simulation. The main conclusions are as follow:   

6. Plasma  actuation  shows  significant  suppressing  effect  on  tip  leakage  vortex  on  both  size,  trajectory and strength.  7. The suppressing effect on tip leakage vortex grows stronger as actuator moves towards leading  edge.  8. Increasing actuation voltage results in stronger suppressing effect on tip leakage vortex.  9. Plasma actuation can effectively improve total pressure loss situation near shroud region with  increasing actuation power.  10. Increasing actuation frequency results in stronger suppressing effect on tip leakage vortex as  well. Additionally, frequency performs slightly better than voltage. 

11. Casing  movement  tends  to  weaken  suppressing  effect  of  tip  leakage  vortex  by  plasma  actuation.  More  actuation  power  is  needed  to  achieve  sufficient  suppressing  effect  in  real  compressors.   

(60)

6 Future Plan of improvement

Plasma actuation is in fact a very complicated process which involves multiple subjects. Instead of  empirical estimation, a finer mathematical model is desperately needed which considers chemical  reaction, collision effect, temperature rise and other related process.   

 

In  this  research,  only  steady  simulation  is  conducted  due  to  calculating  resource  limitation.  Unsteady actuation may suppress tip leakage flow even better with less power consumption. This  area is worth noticing.   

 

The suppressing effect of plasma actuation on tip leakage flow is quite well in this study. This is due  to strong plasma actuation power provided. However, this kind of actuation strength is practically  very  difficult  to  achieve.  In  experiments,  strong  actuation  is  generated  with  multiple  actuators  working  together.  But  there  is  a  strict  limitation  on  the  number  for  actuators  working  together  because casing may be easily broken with high actuation power. Therefore, there is still a long way  to go before applying satisfying plasma actuation control in real turbomachinery.   

(61)

Bibliography

[1]    Shyy W, Jayaraman B A. Modeling of Glow‐Discharge Induced Fluid Dynamics [J]. Appl. Phys.,  2002, 92(11): 6434‐6443. 

[2]    Zhan  Peiguo,  Cheng  Yahong.  A  Review  of  Active  Flow  Control  Technology  [J].  Aeronautical  Science and Tech., 2010(05): 1‐6.  [3]    Louis N, Cattafesta III, Mark Sheplak. Actuators for active flow control [J]. Annual review of  fluid mechanics., 2011, 43: 247‐272.  [4]    Nie Wansheng, Cheng Yufeng, Che Xueke. Review of DBD Plasma Actuation Flow Control [J].  Advances in Mechanics., 2012, 42(6): 722‐733.  [5]    Corke T C, Enloe C L, Wilkinson S P. Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuators for Flow  Control [J]. Annual review of fluid mechanics, 2010, 42: 505‐529.  [6]    Grill A. Cold Plasma in Materials Fabrication: From Fundamentals to Applications [M]. New  York: IEEE Press, 1994: 258‐276.  [7]    Roth J R, Sherman D M. Boundary Layer Flow Control with a One Atmosphere Uniform Glow  Discharge Surface Plasma [C]. AIAA Paper, 1998‐328, 1998.    [8]    Post M, Corke T. Plasma Actuators for Separation Control on Stationary and Oscillating Airfoils  [C]. 42nd AIAA Paper, 2004‐841.  [9]    Estevadeordal J, Gogineni S, et al. Investigation of Low‐Density Hypersonic Plasma Flows by  Schlieren  System  Using  Various  Light  Source  [J].  Experimental  Thermal  and  Fluid  Science,  2007,  32(1): 98‐106. 

[10] Whalley R, Choi K S. Turbulent Boundary Layer Control by DBD Plasma: A Spanwise Travelling  Wave [C]. AIAA Paper, 2010‐4840, 2010.   

[11]  R.  Erfani,  H.  Zare‐Behtash,  K.  Kontis.  Plasma  Actuator:  Influence  of  Dielectric  Surface  Temperature [J]. Experimental Thermal and Fluid Science, 2012, 42(2012): 258‐264. 

[12] Roy. S., Gaitonde, D. V. Force Interaction of High Pressure Glow Discharge with Fluid Flow for  Active Separation Control [J]. Physics of Plasma, 13(2), 23‐53. 

[13] Suzen Y B, Huang P G, Jacob J D, et al. Numerical Simulations of Plasma Based Flow Control  Applications [C]. AIAA Paper, 2005‐4633, 2005. 

[14]  Mao  M  L,  Deng  X  G,  Xiang  D  P.  Numerical  Study  for  the  Influence  of  High  Pressure  Glow  Discharged Induced Plasma on the Flow of Boundary Region [J]. Acta Aerodynamic Sinica, 2006,  Vol. 24, No. 3.  [15] Wang J N, Zhong G W, Gao C, Liu F. Numerical Simulation of Flow Separation Control Using  Plasma Based Actuators [J]. Aeronautical Computing Technique, 2007, Vol. 37, No. 2.    [16] Liang H, Li Y H, Wu Y. Numerical Simulation of Plasma Aerodynamic Actuation [J]. High Voltage  Engineering, Vol. 35, No. 5.    [17] Orlov D M, Corke T C. Numerical Simulation of Aerodynamic Plasma Actuator Effects [C]. AIAA  Paper, 2005‐1083, 2005. 

[18]  Roth  J  R,  Dai  X.  Optimization  of  the  Aerodynamic  Plasma  Actuator  as  an  Electrohydrodynamica(EHD) Electrical Device [C]. AIAA Paper 2006‐1203, 2006.   

[19]  Corke  T,  Mert  B,  Patel  M.  Plasma  Flow  Control  Optimized  Airfoil  [C].  AIAA  Paper,  2006‐ 1208,2006. 

(62)

[21] Kwak D Y, Nelson R C. Vortical Flow Control Over Delta Wings with Different Sweep Back Angles  Using DBD Plasma Actuators [C]. AIAA Paper, 2010‐4837, 2010.    [22] Huang J H, Thomas C, Flint O T, et al. Plasma Actuators for Separation Control of Low‐Pressure  Turbine Blades [J]. AUAA J. 2006,44(1): 51‐57.  [23] Travis D, Julia S, Thomas C, et al. Turbine Blade Tip Leakage Flow Control by Partial Squealer  Tip and Plasma Actuators [C]. AIAA Paper, 2006‐20, 2006.  [24] Daniel K, Van Ness II, Thomas C. Plasma Actuator Blade Tip Clearance Flow Control in a Linear  Turbine Cascade [J]. Propulsion and Power, 2012, 28(3): 504‐516.  [25] Vo, Huu Duc. Rotating Stall Suppression in Axial Compressors with Casing Plasma Actuation [J].  Propulsion and Power, 2010, 26(4): 808‐818. 

[26]  Giridhar  Jothiprasad,  Robert  C,  et  al.  Control  of  Tip‐Clearance  Flow  in  a  Low  Speed  Axial  Compressor Rotor with Plasma Actuation [J]. Turbomachinery, 2012, 134: 283‐300. 

[27] Li Y H, Liang H. Experimental Investigation on Airfoil Suction Side Flow Separation by Pulse  Plasma Aerodynamic Actuation [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, Vol. 29, No. 6, 2008.  [28]  Enloe  L,  McLaughlin  T,  VanDyken,  et  al.  Mechanisms  and  Responses  of  a  Single‐Dielectric  Barrier Plasma Actuator: Geometric Effects [J]. AIAA 42(3): 589‐604.  [29] Dmitriy M. Orlov, Thomas Apker. Modeling and Experiment of Leading Edge Separation Control  Using SDBD Plasms Actuator [J]. Journal of Aircraft, 2006, 45(1): 223‐236.  [30] Chuan Heand, Thomas C. Corke. Numerical and Experimental Analysis of Plasma Flow Control  over a Hump Model [C]. AIAA paper, 2007‐935, 2007.  [31] Lemire S, Vo, Huu Duc. Reduction of Fan and Compressor Wake Defect Using Plasma Actuation  for Tonal Noise Reduction [C]. ASME Paper, GT2008‐50821. 

[32]  Thomas  C.  Corke,  Dmitriy  M.  Orlov,  Post  M.  Overview  of  Plasma  Enhanced  Aerodynamics:  Concepts, Optimization and Applications [C]. AIAA Paper, 2005‐0563.     

[33] S. Kang, C. Hirsch. Experimental Study on the Three‐Dimensional Flow within a Compressor  Cascade with Tip Clearance: Part I‐ Velocity and Pressure Fields [J]. ASME, 1993, 115(3): 435‐443.  [34] S. Kang, C. Hirsch. Experimental Study on the Three‐Dimensional Flow within a Compressor  Cascade with Tip Clearacne: Part II‐ The Tip Leakage Vortex [J]. ASME, 1993,115(3): 444‐452.  [35]  S.  Kang,  C.  Hirsch.  Numerical  Simulation  of  Three‐Dimensional  Viscous  Flow  in  a  Linear  Compressor Cascade with Tip Clearance [J]. ASME, 1996, 118.  [36] Storer J. A., Cumpsty N.A. Tip Leakage Flow in Axial Compressor [J]. ASME, 1991, 113(2): 252‐ 259.    [37] Hunt J. C. R, Wray A. A, Moin, P. Eddies, Streams, and Convergence Zones in Turbulent Flows.  Center for Turbulence Research Report CTR‐S88: 193‐208.  [38] Vo H. D., Greitzer E. M. Criteria for Spike Initiated Rotating Stall [J]. ASME, 2008, 130(1).  [39] Hah C Schulze, R Wager, et al. Numerical and Experimental Study for Short Wavelength Stall  Inception in a Low‐Speed Axial Compressor [J]. ISABE Paper, 1999. 

[40]  Bergner  J,  Shiffer  H,  et  al.  Short  Length‐Scale  Rotating  Stall  Inception  in  a  Transonic  Axial  Compressor‐Experimental Investigation [J]. ASME, 2006. 

[41]  Vo  H.  D.  Suppression  of  Short  Length‐scale  Rotating  Stall  Inception  with  Glow  Discharge  Actuation. ASME, GT2007‐27673, 2007 

References

Related documents

The experimental campaign uses measurements from an engine test cell and from a gas stand, and shows a small, but clearly measurable trend, with decreasing compressor pressure ratio

These statements are supported by Harris et al (1994), who, using MBAR methods, find differ- ences in value relevance between adjusted and unadjusted German accounting numbers.

Since we wish to study the conjunction in the plane perpendicular to the rotation axis (also referred to as the x-y plane) usual elastohydrodynamic lubrication experimental

The ow eld of a turbocharger compressor was studied near surge condition using a URANS approach and was observed a strong shroud separation from the diuser to upstream of

Figure 4: Comparison of ROC curves, for all five fault categories, when COSMO deviation detection is based on different models: a histograms of the WTAP signal b histograms of the

Following the description in Section 4.2, the ROC curves were computed for the case of Compressor Failure, with a prediction horison of 60 days (i.e. AUC values when the charging

The resulting model adjustment obtained from the overall standard power deviation analysis have in the sides of the reactor tank an increased reflection of 20% of neutrons with

The main conclusions drawn in the Program are based on the analysis of a state and prospects of development of the internal and external markets of fuel and