离心透平一维气动设计与优化

以离心透平为研究对象,采用完全气体为流动介质,在效率最优的前提下,提出了一种完全径向出气(α_2=90°)的一维气动设计优化方法,并与效率最优、无约束出气的一维气动设计方法进行比较,结果表明:在压比ε~*=0.625,反动度在0～0.5范围内的情况下,无论是否存在余速利用,无约束出气和完全径向出气对应的最佳速比和最佳轮周效率随反动度的变化规律基本一致;在变压比的情况下,该一维气动优化设计方法得到的最佳轮周效率与无约束出气设计方法得到的最佳轮周效率相差不超过0.5%。但是由于约束了α_2=90°,减少了一个设计变量,简化了设计过程。因此可以用该设计方法进行离心透平的优化设计。     

基于速比优化的三维透平叶片一维化设计方法

现代透平叶片设计过程中,需要不断调整沿径向分布的几何参数,设计周期长。为了解决此问题,本文构建了一种三维叶片的一维化设计方法：将叶片流道沿径向分割成若干个子流道,对每个子流道进行一维设计,得到其最佳速比与进出口几何角,再使用每个子流道的一维设计结果沿径向叠加构建三维叶片。使用某F级燃机末级的边界条件,应用该方法对其叶片进行重新设计,并利用数值模拟结果中的静叶出口压力、落后角等参数作为额外约束进行精细设计。结果表明：与原始设计相比,优化得到的透平动叶部分区域损失略微增大,流量降低0.26%,但余速损失显著下降,同时轮周效率提高了1.7%,总–总效率提高0.37%,并且轴功增大了1.47%。