燃气涡轮机气冷涡轮气动设计体系设计思想及其应用

由于燃气涡轮机的发展,作为燃气涡轮机最重要的部件气冷涡轮,其负荷与涡轮前温度不断提高,为适应这一发展,气冷涡轮气动设计体系与设计思想均有了新的发展.本文的目的就是从三个方面分析与介绍这一发展内涵.第一部分,重点介绍气冷涡轮气动设计体系的发展、介绍主要程序的特点与分层优化设计过程.第二部分,重点介绍应用平均方程在计算气冷涡轮气动问题时,如何提高计算的可靠性与计算精度.第三部分,重点介绍气冷涡轮三维气动设计思想.     

涡轮过渡段气动性能数值优化

采用CFD数值模拟方法对中档功率燃气轮机燃气涡轮与动力涡轮之间的涡轮过渡段进行气动性能优化设计.在原始涡轮过渡段流道及承力支板基础上,新设计进口导流叶片,优化过渡段流道,并采用Numeca软件Design3D 优化平台计算机自动寻优,数值模拟相对比较说明,新设计的涡轮过渡段气动性能满足指标要求.涡轮过渡段承接燃气涡轮、...     

基于全叶片曲面参数化方法的涡轮气动优化

为进一步挖掘涡轮性能潜力,实现气动优化参数化降维,减少优化耗时,基于全叶片贝塞尔曲面参数化方法、多岛遗传算法和CFD求解器构建了涡轮三维优化平台。通过建立涡轮叶片吸压力面展开曲面和贝塞尔曲面的参数化映射,全叶片贝塞尔曲面参数化方法实现了叶片吸力面和压力面的同时变形控制,减少了优化控制变量,具有型面光顺性和构造便捷性。对TTM跨音涡轮开展全局气动优化设计研究,结果表明：优化历时约70 h,涡轮设计点绝热效率提升0.48个百分点,流量增加0.97%,膨胀比下降0.32%,验证了曲面参数化优化方法对涡轮气动优化问题的有效性、工程实用性和降维特性。     

MW级超临界二氧化碳向心涡轮设计及分析

本文以某MW级超临界二氧化碳(S-CO2)向心涡轮为研究对象,对S-CO2向心涡轮的设计体系展开进一步探索,并利用一维分析方法和三维数值模拟方法对其进行气动分析.文中先介绍了本课题组已经开发完成的针对向心涡轮喷嘴和转子叶轮的一维气动优化设计方法,然后补充向心涡轮进气蜗壳的设计方法,最后利用三维CFD方法对设计方案的进气...     

离心压气机叶片三维气动优化设计

本文针对离心压气机叶片的倾和掠的特征,建立三维气动优化设计系统.采用NURBS曲线和曲面分别对离心压气机叶片前缘基迭线和中弧面进行参数化建模,相应控制点作为优化设计变量,以提高不同工况下离心压气机的整级效率为优化目标,同时采用变复杂度模型的优化策略缩短优化设计周期.算例结果表明这种离心压气机叶片三维气动优化设计方法对提高整级效率具有良好效果.     

基于本征正交分解的气动优化设计外形数据挖掘

气动外形的全局优化设计会产生大量的过程数据,其中隐含的设计知识具有较高的挖掘价值.数据挖掘有助于获取直观、可定性描述的设计知识.本文采用基于本征正交分解的数据挖掘方法从气动优化设计的过程数据中获取设计知识,数据挖掘对象为跨音速压气机转子叶片NASA Rotor 37的优化过程数据,该数据由基于粒子群方法的绝热效率最大化优化设计产生.结果表明:基于本文数据挖掘方法获取的设计知识能够直接反映气动外形的变化规律,为叶片的气动外形设计提供参考;数据挖掘的设计知识成功地验证了优化设计结果的有效性.     

冷气掺混对高压涡轮流场结构影响的数值分析

燃气涡轮发动机中的冷气与主流掺混会带来一定的气动损失,造成发动机总体性能下降。本文在三维N-S程序的基础上,引入一种较为简单的冷气射流计算模型,对一级高压涡轮含有冷气掺混的三维流场进行了数值分析,揭示了冷气掺混对导叶流量特性及损失分布的影响,并通过涡轮叶片排二次流动结构的分析初步探讨了冷气掺混损失机理。     

凹槽叶顶冷气射流对涡轮叶尖泄漏流动的影响

涡轮叶尖泄漏流动对涡轮通道内流动损失有着显著影响,叶顶冷气射流对控制叶尖泄漏流动和改善涡轮叶尖气热性能有重要意义.本文利用数值模拟方法,研究了叶顶冷气喷射位置和喷射流量对高压涡轮凹槽叶顶间隙泄漏流动控制的影响.文中重点分析了泄漏流动结构及涡轮气动效率的变化,探讨了冷气对刮削涡这一间隙内主控流动结构演化的影响.研究表明,...     

低雷诺数条件下低压涡轮气动设计

本文针对低雷诺数条件下低压涡轮效率较低的问题,提出了设计过程中应如何考虑雷诺数影响的思路,给出了适应低雷诺数环境下工作的叶片表面负荷分布形式,并进行了低压涡轮的气动设计。三维粘性计算的结果表明,应用本文所提出的负荷分布形式,能够有效的控制涡轮边界层的分离,降低气动性能对雷诺数的敏感程度,从而使得低压涡轮在高空低雷诺数条件下仍能保持较好的性能。     

低展弦比高负荷涡轮气动参数选取准则的分析和研究

本文采用数值模拟方法研究了高负荷涡轮中载荷系数,流量系数、反动度和轴向速比四个参数对涡轮级效率的影响,采用的计算程序以等熵效率公式为基础,并加入了改进的KO损失模型,在一定载荷系数、流量系数、反动度、轴向速比、稠度、轮毂比、展弦比、尾缘厚度/喉部宽度和叶顶间隙/叶高范围内,通过正交实验设计方法分析了各参数对涡轮效率的敏感性,其中稠度、轮毂比、展弦比和尾缘厚度/喉部宽度的敏感性相对较低,可以忽略。与此同时,针对一载荷系数2.6、压比5的高负荷涡轮详细计算分析了载荷系数、流量系数、反动度和轴向速比四个参数对涡轮效率的影响和选取准则,通过综合分析得到了具有一定适用范围的高负荷涡轮气动参数选取参考图。在此基础上,进行了高负荷涡轮气动方案设计,并利用三维数值模拟手段对所设计的气动方案进行了验证,结果表明:三维数值计算结果与一维分析结果偏差较小,采用此准则选取相关气动参数可以设计出满足条件并且性能良好的高负荷跨声速涡轮。