透平級(jí)葉柵流動(dòng)性能分析.pdf

1、隨著現(xiàn)代渦輪向著高負(fù)荷方向發(fā)展，二次流損失在總損失中所占比重也越來(lái)越大，對(duì)葉柵中二次流的研究也一直是葉輪機(jī)械領(lǐng)域中的重要課題。葉柵內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)的分析對(duì)于優(yōu)化三維空間流型以有效控制和減小二次流損失具有重要的意義。 首先，本文對(duì)某型燃?xì)廨啓C(jī)低壓渦輪第一級(jí)內(nèi)的三維復(fù)雜流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，模擬結(jié)果捕捉到了該渦輪級(jí)葉柵的內(nèi)部流的流動(dòng)細(xì)節(jié)，展示了這一真實(shí)葉柵的壁面和端壁的二次流流動(dòng)圖譜和三維分離渦結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)葉柵中的二次流現(xiàn)象和流動(dòng)損失機(jī)理

2、的分析，揭示了該渦輪級(jí)葉柵通道內(nèi)二次流旋渦結(jié)構(gòu)(馬蹄渦、通道渦、壁角渦、尾跡渦、泄漏渦等)的演變過(guò)程，以及旋渦結(jié)構(gòu)對(duì)損失分布的影響，明確了此渦輪級(jí)葉柵的主要損失分布所在。 其次，本文采用數(shù)值模擬的方法研究了不同子午端壁型線對(duì)渦輪靜葉柵流動(dòng)性能的影響。上端壁型線采用凹凸相結(jié)合的端壁型線具有較小的葉柵總損失，并能夠有效的避免在頂部大擴(kuò)張角下形成擴(kuò)壓流動(dòng)和分離，從而改善了上端部區(qū)的流動(dòng)情況。下端壁采用下凹的端壁型線后，改變了根部區(qū)域的

3、橫向和徑向壓力分布。在橫向，減小中部大部分區(qū)域的橫向壓力梯度，并使得根部載荷向后移動(dòng)，大大的減緩了附面層在下端壁區(qū)的增長(zhǎng)，因而也在一定程度上減小了下端部的橫向二次流損失。在徑向，根部壓力得到了提高，根部的低壓區(qū)也遠(yuǎn)離下端壁，端壁低能流體在徑向負(fù)壓力梯度作用下向中部遷移，改善了根部區(qū)的流動(dòng)。 本文還通過(guò)數(shù)值模擬的方法研究了正傾斜、正彎曲、反彎曲、S型彎曲、J型彎曲幾種葉片積疊方案對(duì)靜葉柵流動(dòng)性能的影響。對(duì)于此型葉柵，正彎、反彎和正

4、傾斜都未能有效的減小葉柵的總損失。相比較而言，J型彎曲葉片更適合此型葉柵，可以兼顧葉根和葉頂流動(dòng)，整體上具有較小的能量損失。 最后，本文還研究了子午端壁型線與徑向積疊線的組合設(shè)計(jì)對(duì)流動(dòng)性能的影響。上端壁采用優(yōu)化后的端壁型線后，再通過(guò)改變此型葉柵的積疊方式來(lái)進(jìn)一步改善上端部的流動(dòng)比較困難，而端壁型線的下凹和正向傾斜的組合能夠進(jìn)一步減小根部區(qū)的損失，特別是下通道渦的強(qiáng)度下降比較明顯。在這種情況下，J型彎曲與優(yōu)化子午端壁的組合具有較小