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对转涡轮气动优化设计与其热斑效应

收藏本文 2024-03-07 点赞:16438 浏览:71074 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:鉴于对转涡轮技术在提升涡轮气动效率、降低涡轮端重量以及提升飞机机动性能等诸多方面的优势,欧美等航空强国将对转涡轮技术作为了重要的探讨内容,并已将其成功地运用到了新一代军用与民用航空发动机之中。与之相比,我国在对转涡轮技术上的探讨还颇为不足,对转涡轮气动设计及优化的经验尚有欠缺。此外,在常规涡轮中,探讨者们已经发现了进口热斑会对涡轮的流场和热负荷产生不可忽略的影响,但迄今为止热斑对无导叶对转涡轮流场、气动性能以及热负荷的影响探讨还非常少。鉴于此,本论文在课题组已有探讨成果的基础上,针对对转涡轮的气动优化设计及其热斑效应进行了探讨,主要探讨内容如下:1.对某1+1对转涡轮进行了气动设计,并通过数值模拟的手段对其流场和气动性能进行了浅析,总结出了相关设计特点。探讨发现涡轮上端壁采取下凹型的曲线有利于降低叶顶反动度,低压级采取“反C”型出功分配将导致低压导叶出口气流角的径向差别较大。2.探讨了导叶弯曲对1+1/2对转涡轮气动性能的影响,重点探讨了导叶在不同正弯角度和不同反弯角度下导叶通道内流场的变化,气流出口特性的变化以及高低压级涡轮等熵效率的变化,进而得到了导叶弯曲对1+1/2对转涡轮气动性能的影响方式及机理,并发现了导叶在小角度反弯时有利于1+1/2对转涡轮效率的提升。3.通过对1+1/2对转涡轮在均匀温度进口工况和热斑工况下的定常/非定常数值模拟结果的比较,探讨了进口热斑对1+1/2对转涡轮高低压两级转子通道内径向二次流以及涡强度的影响,发现了热斑的引入加剧了气流在高压转子通道内的径向二次流动,增强了高压转子根部通道涡和尾迹涡的强度,但降低了高压转子顶部泄漏涡的强度。还发现了在热斑的影响下,低压转子根部通道涡有所减弱。4.开展了热斑对1+1/2对转涡轮叶表、叶顶以及端壁热负荷的影响探讨,揭示了进口热斑与径向二次流以及顶部泄漏涡等相互作用对1+1/2对转涡轮热负荷的影响机理,发现了在热斑工况下高压转子叶顶尾部和低压转子叶顶尾部的热负荷因高温气体的掠过而增强,高压转子轮毂后端的热负荷和低压转子轮毂的热负荷因高温气体的径向迁移而增强,此外还发现了迁移至叶顶的高温流体在叶顶泄漏涡的卷吸下远离机匣,以而使得机匣的热负荷在热斑工况下有所下降。5.探讨了热斑的有着对1+1/2对转涡轮比功和等熵效率等气动性能的影响,发现了热斑工况下叶中高温流体出功增加,而两端低温流体出功降低;由于叶中高温流体在出功的同时还要向两端低温流体输送能量,由此叶中区域的等熵效率因热斑的引入而降低,两端区域的等熵效率因热斑的引入而升高。关键词:对转涡轮论文气动设计论文弯曲叶片论文热斑论文二次流论文

    摘要5-7

    Abstract7-9

    目录9-12

    图目录12-18

    表目录18-19

    第一章 绪论19-47

    1.1 课题探讨的背景及作用19-23

    1.2 国内外探讨进展23-45

    1.2.1 对转涡轮技术的探讨进展23-27

    1.2.2 弯扭叶片探讨进展27-33

    1.2.3 涡轮热斑探讨进展33-45

    1.3 本论文的工作45-47

    第二章 数值计算策略47-59

    2.1 引言47

    2.2 制约方程及算法47-53

    2.2.1 基本方程48-49

    2.2.2 制约方程的空间离散49-50

    2.2.3 制约方程时间项的离散50

    2.2.4 湍流模型50-52

    2.2.5 初始条件和边界条件52-53

    2.3 网格生成技术53-54

    2.4 程序验证54-57

    2.5 本章小结57-59

    第三章 1+1对转涡轮的气动设计及浅析59-79

    3.1 引言59

    3.2 气动设计59-77

    3.2.1 基本参数设计60-63

    3.2.2 S_2反不足计算63-67

    3.2.3 叶片造型67-69

    3.2.4 数值模拟及流场浅析69-77

    3.3 本章小结77-79

    第四章 导叶弯曲对1+1/2对转涡轮气动性能的影响探讨79-117

    4.1 引言79

    4.2 导叶正弯对1+1/2对转涡轮气动性能影响探讨79-100

    4.2.1 对导叶总压恢复系数的影响80-93

    4.2.2 对导叶出口静压径向分布以及叶表静压分布的影响93-96

    4.2.3 对导叶出口气流角的影响96-97

    4.2.4 对等熵效率的影响97-100

    4.3 导叶反弯对1+1/2对转涡轮气动性能的影响探讨100-115

    4.3.1 对高压级导叶恢复系数的影响101-107

    4.3.2 对导叶出口静压径向分布以及叶表静压分布的影响107-110

    4.3.3 对导叶出口气流角的影响110-111

    4.3.4 对等熵效率的影响111-115

    4.4 本章小结115-117

    第五章 热斑对1+1/2对转涡轮气动性能与热负荷的影响探讨117-179

    5.1 引言117

    5.2 数值计算策略117-119

    5.3 对导叶流场和热负荷的影响119-131

    5.3.1 流场马赫数的变化119-121

    5.3.2 出口静压以及叶表静压分布的变化121-123

    5.3.3 出口气流角的变化123-124

    5.3.4 壁面极限流线以及出口径向速度的变化124-127

    5.3.5 总压恢复系数的变化127-129

    5.3.6 叶表与端壁热负荷的变化129-131

    5.4 对高压转子流场和热负荷的影响131-154

    5.4.1 进口相对气流角的变化131-135

    5.4.2 流场马赫数的变化135-139

    5.4.3 叶表静压分布的变化139-140

    5.4.4 壁面极限流线的变化140-142

    5.4.5 出口截面径向速度及涡量的变化142-149

    5.4.6 出口气流角的变化149-150

    5.4.7 叶片及端壁热负荷的变化150-154

    5.5 对低压转子流场和温度场的影响154-169

    5.5.1 进口相对气流角的变化154-156

    5.5.2 流场马赫数的变化156-157

    5.5.3 通道内涡系的变化157-162

    5.5.4 叶表静压分布的变化162-164

    5.5.5 出口气流角的变化164-166

    5.5.6 叶片表面及端壁热负荷的变化166-169

    5.6 对高低压级性能的影响169-176

    5.6.1 出功和载荷系数的变化169-173

    5.6.2 效率的变化173-176

    5.7 本章小结176-179

    第六章 结论及展望179-183

    6.1 主要结论179-180

    6.2 主要革新点180-181

    6.3 探讨展望181-183

    主要符号对照表183-187

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