基于损失模型的气冷涡轮性能预测

本文介绍的气冷涡轮性能预测是以一元特性计算方法为基础的,其中考虑了涡轮叶栅的叶型损失、二次流损失、漏气损失和尾缘损失,还引入了气冷涡轮的掺混损失。并将损失模型计算的不同攻角的损失系数分布与CFD模拟结果进行了对比。根据涡轮级动叶不同的工作状态,选取不同的自变量组合形式,使其能够用于计算亚音速、跨音速、有冷却和无冷却涡轮的性能。最后针对某型涡轮给出了性能预测结果。     

叶型几何设计弱化叶片外表面换热的作用

本文采用γ-Re_θ湍流转捩模型,数值模拟了两组不同叶型的涡轮叶栅表面的表面换热系数。结果证明:1)数值计算正确地预测了转捩发生位置,保证了表面换热系数模拟的可靠性;2)由于叶片型线的差异,叶片表面流动的转捩位置也不同。控制叶片表面边界层流动状态,推迟流动转捩,能够降低叶片热负荷。在相同进、出口气流条件下,选择不同的叶栅造型参数,可以调整所产生的涡轮叶型,从而增强或弱化叶片表面的换热。     

导叶展弦比对部分进气涡轮性能影响的数值研究

本文针对导叶展弦比对部分进气涡轮性能的影响进行了数值研究。结果表明:转子前缘靠近导叶吸力面边界处流动发生分离形成分离涡,使得损失增加;展弦比增加能增加进气区转子前缘靠近导叶吸力面处主流速度,进而降低分离涡强度并降低部分进气效应对进气区中心区域流动的影响,改善进气扇区中心区域流动,从而减少损失提升效率。与此相反,叶高、稠度不变时展弦比增加使得叶片数增加,叶型损失增加,且进气度越大,叶型损失增加量越大。当进气度小于50%时,进气扇区较小,展弦比增加诱发的分离涡强度降低的作用效果明显强于叶片数增加的影响,二者的综合作用使得涡轮效率得到提升;当进气度大于50%以后,分离涡对进气扇区中心区域的影响降低,分离涡强度的降低仅能改善进气区边界靠近导叶吸力面处的流动状态,但此时叶片数增加导致的叶型损失会显著增加,二者的综合作用导致涡轮效率提升的幅度降低。     

在高负荷涡轮叶栅中应用弯叶片控制流动分离的实验研究

本文选择叶型折转角为113°和160°的两种高负荷涡轮平面叶栅,分别开展了直叶栅(STR)和正/反弯曲叶栅的流场测量和流动显示研究,讨论了叶片弯曲对壁面流谱和流动损失的影响.实验结果表明:当叶型折转角为113°时,适当的正弯叶片(DHP)可以减少叶栅流动损失;当叶型折转角为160°时,适当的反弯叶片(DHN)能提高叶栅气动性能.     

冷气喷射对直叶栅型面压力及气动损失分布影响的实验研究

提高燃气涡轮比功率，降低比油耗要通过升高涡轮入口温度和压气机压比实现，但必须对涡轮叶片实施诸如气膜冷却等保护措施。Ito和Goldstein[1]，Yamamoto[2]等分别研究了冷气喷射对在叶栅气动性能的影响。本文通过实验研究了冷气喷射对叶型型面压力和叶栅流道内气动损失的影响，并得出了一些有意义的结论。1实验装置实验在哈尔滨工业大学发动机气体动力研究中心低速风洞实验台[3]上进行。图1及表1给出了实验用叶片型线（取自一典型涡轮导向器叶型），冷气喷射孔位置及静压孔分布。叶片表面前缘、吸力面后部和压力面后部开了三列孔，每列孔…     

级环境下某1.5级压气机动叶气动优化设计研究

针对跨音速压气机通道内部由于激波以及叶片角区内低能流体聚集产生附面层分离导致的流动失稳问题,本文基于叶列间流动匹配与控制叶型中弧线曲率的优化设计思想,以E~3高压压气机的前1.5级为蓝本,在级环境下对其转子叶片开展气动优化设计研究。研究结果表明,基于叶型中弧线曲率控制技术的叶片气动优化设计技术能够有效减少优化变量的数目,有效地改善压气机叶片设计点与非设计点的气动性能。     

考虑来流角变化影响的叶栅稳健性优化设计

进、出口边界流动扰动是叶轮机械中一种典型的不确定性因素,对叶片气动性能产生重要影响。开展考虑边界流动扰动影响的叶片稳健性气动优化设计(RADO)研究,对提高叶片的平均气动性能及气动稳健性具有重要意义。首先介绍叶片RADO的基本原理、实现方法及关键问题。之后开展基于自适应非嵌入式多项式混沌模型的某型跨音速涡轮叶栅来流角不确定性研究,对叶栅总压损失进行量化。最后开展叶片气动外形的RADO研究,通过与确定性气动优化设计的对比揭示RADO在提高优化叶片气动稳健性方面的优越性。     

某型低压涡轮导向器叶栅改型实验研究

实验研究了不同冲角下子午流道具有较大扩张角的某型低压涡轮导向器原型和改型叶栅的气动性能。结果表明,通过改变端壁型线扩张规律及三维叶型积迭线,改型叶片表面静压分布更加合理,叶栅的流动损失显著减小,流场结构得到明显改善,叶栅气动性能的提高表明改型是成功而且有效的。     

径向涡轮叶片子午面型线的优选设计

本文应用Bezier函数,对某型涡轮增压器的径向涡轮叶片子午面型线进行气动优化设计。通过调整子午型线的自由参数,构造不同的子午面型线,以总温-静温效率为优选目标,利用均匀实验优选法求得优选叶型。经过三维流动的计算比较,优化后涡轮效率提高了0.5%,结果表明优选法设计具有很好的工程应用价值。     

叶型中弧线的最大弯度位置对跨音速压气机叶片性能影响的研究

本文研究与分析了叶型中弧线的最大弯度位置对跨音速压气机叶片气动性能的影响。采取了注重流动机理的优化方法,对本文算例的风扇叶片进行了优化,改进后所得的叶片的效率比原设计有了较大的提高。     

求解叶栅跨音速流动反问题的有限体积方法

本文阐述了一种求解叶栅跨音速流动反问题的方法.流场的数值模拟以有限体积法为基础.应用这一技术设计叶型,型面上气流压力将达到预先规定的值.文中介绍了这种方法求解的基本方程系统和离散格式,着重讨论了壁面调整的方法、壁面压力的计算以及求解过程等问题.为论证方法的有效性,给出了几个跨音速涡轮叶栅的计算结果.     

燃气涡轮静叶考虑叶型及冷却结构的气热耦合优化

为通过气热耦合优化计算改善叶片表面温度场,提高叶片气动效率,编制了气热耦合气动和冷却结构参数化方法程序及网格自动生成程序,采用该程序对燃气涡轮静叶进行了考虑叶型及冷却结构的气热耦合优化。优化结果表明:对叶型及冷却结构优化后,形成解集中气动效率分别提升0.3%和0.17%,主流流量仅变化0.116%和0.058%,高温函数降低38.55%、51.6%,叶片表面最大温度降低5.6 K、6.9 K,平均温度降低5 K、7 K。通过分析,前缘第一腔高温区雷诺数的增大以及第三腔低速回流区的减小是改善叶片温度场的主要因素;根中截面的型面压差的减小导致横向二次流损失的降低是减小气动损失的主要原因。     

轴流压气机跨音速双圆弧(DCA)叶型的研究——叶型设计计算

一、前言 跨音速气流在压气机叶栅中的流动,是高度三元性的和非常复杂的,现在虽然具有高速大容量电子计算机的应用条件,但对于解决实际的、三元的、可压缩流的叶栅中流动问题,仍然是困难的。现代轴流压气机高速叶型的设计,例如跨音速双圆弧(DCA)叶型的设计计算,完全可以按照行之有效的半经验方法,即理论与实际相结合的方法,找出这种跨音速叶型在给定工作条件下的各种主要性能参数和几何参数之间的关联,然后引入该叶型叶栅所积累的各种有效数据,从而求得这种叶型叶栅主要性能参数和几何参数之间的最佳组合,便有可能设计出叶栅中较小的总压损失和较高的叶栅效率。     

某超高负荷低压涡轮叶型气动性能分析

针对某系列Zweifel数约为1.6的超高负荷低压涡轮叶型,分别对其在定常来流条件下、上游尾迹扫掠条件下的二维流动开展了数值研究.计算结果表明,在低雷诺数、低湍流度工作环境下,叶片吸力面存在较大层流分离,且前加载叶型二维气动性能优于后加载叶型.同时,上游尾迹扫掠对超高负荷低压涡轮叶型分离流动控制作用有限,需引入新的流动控制方法.研究结果对超高负荷低压涡轮设计有较好的启示.     

超高负荷跨音速涡轮的设计与性能分析研究

为了通过增加涡轮级负荷减少级数给涡轮减重,本文开展了单级压比为5的高负荷跨音速涡轮的基本分析和初步设计。研究结果表明,基于常规涡轮设计体系,辅以超高负荷涡轮参数选取以及跨音速涡轮叶片造型方法,进行超高负荷跨音速涡轮的设计,能取得满意效果。在设计工况下,涡轮的级效率达90.3%,且变工况性能相对较好,所设计涡轮基本能达到...     

一种“后部加载”型透平静叶的设计

“后部加载”形式载荷分布能有效降低叶片通道二次流损失，从而显著提高流动效率，为此，设计了一种具有“后部加载”特性的透平静叶叶型。数值分析和实验研究显示该叶型能够降低三维通道总损失，同时又具有高强度及大范围攻角适应性等特点。     

考虑冷气的某对转涡轮设计简述与流场分析

为进一步缩减涡轮轴向尺寸,提升航空发动机推重比,在考虑冷气的影响下,将某型高负荷1+1对转涡轮改型为1+1/2对转涡轮,并对其内部流场加以分析。研究结果表明,与原型涡轮相比,改型设计在叶片数大幅减少的前提下,效率略有提高且保证了原有的做功量基本不变。此外,对于此类涡轮设计,需考虑大冷气量下通流设计及叶片匹配、高出口马赫数叶型尾缘激波控制、高来流马赫数叶型设计以及高负荷涡轮叶片通道中通道涡对冷却效果的影响等问题。     

一种涡轮叶栅内部流动控制方法

本文介绍了一种涡轮叶栅内部流动的控制方法,利用数值模拟手段对应用该方法后的涡轮叶栅内部流动进行了分析.研究结果表明;采用尾缘附近喷气的控制方法,能有效地控制涡轮叶片表面边界层分离,从而增大叶栅负荷,并降低气动损失.     

某小型涡扇发动机高压涡轮气动设计

小涡扇发动机总体要求以及高压涡轮工作特点,决定了小涡扇发动机高压涡轮气动设计上具有低展弦比、二次流损失及叶尖间隙泄漏损失大的特点。根据总体性能结构要求,设计了膨胀比为3.4的单级高压涡轮,三维黏性数值计算表明涡轮性能达到要求,具有较高效率,并重点描述了导向器内部流动现象.为了更好地评估实际工作环境下高压涡轮流动特点,对转静子冷却封严二股气流进行了数值模拟研究,详细分析其对转子二次流动及叶型攻角的影响。     

涡轮转子凹槽叶尖控制泄漏流动的数值研究

明晰涡轮转子凹槽叶尖控制泄漏流动的物理机制,对凹槽叶尖结构优化和提升涡轮效率有重要意义。本文数值研究了跨音速高压涡轮凹槽叶尖的泄漏流动特性,对比分析了其与平叶尖泄漏损失和流动结构的差异,并研究了凹槽腔内流动结构改变对泄漏流动的影响。结果表明,凹槽叶尖对泄漏流动的堵塞分两个区域,分别受吸力侧空腔涡和削刮涡影响,改变外机匣相对转动速度会影响凹槽腔内流动结构的范围和强度,进而影响泄漏流动特性。本文的研究结果可为凹槽叶尖的设计提供指导。