大膨脹比兩級(jí)渦輪氣動(dòng)設(shè)計(jì)及數(shù)值研究.pdf

1、動(dòng)力系統(tǒng)是各種航空、航天、航海設(shè)備的核心部件，動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)劣直接決定了飛行器、航海器等設(shè)備的各項(xiàng)性能。動(dòng)力系統(tǒng)一般分為電動(dòng)力系統(tǒng)和熱動(dòng)力系統(tǒng)兩大類。電動(dòng)力系統(tǒng)具有航程小、速度低、噪聲小的特點(diǎn)。熱動(dòng)力系統(tǒng)具有功率大、燃料的能量密度高、噪聲大等特點(diǎn)。考慮到熱動(dòng)力系統(tǒng)功率大、航程遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，本文選用熱動(dòng)力系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了具有雙壓力級(jí)的高膨脹比渦輪。
　　本文針對(duì)這種類型的渦輪進(jìn)行了氣動(dòng)設(shè)計(jì)及數(shù)值仿真。設(shè)計(jì)的雙壓力級(jí)渦輪工作在最佳速比下，達(dá)到

2、了較高的效率及輸出功率。由于在大膨脹比渦輪中，靜葉承擔(dān)了很高的焓降，常規(guī)葉片很難滿足相應(yīng)的要求，因此，渦輪的兩級(jí)靜葉都選用了拉伐爾噴管來(lái)實(shí)現(xiàn)大焓降。為了保證渦輪動(dòng)葉葉片不至于過小，采用了局部進(jìn)氣的方案。
　　在設(shè)計(jì)過程中，首先，根據(jù)基本設(shè)計(jì)參數(shù)，按照選定方案，進(jìn)行了渦輪的一維氣動(dòng)設(shè)計(jì)，確定了基本參數(shù)。之后，對(duì)渦輪各部件進(jìn)行了三維建模及對(duì)渦輪三維流場(chǎng)數(shù)值仿真。三維數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，通過的流量及輸出功率達(dá)到設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，通過分析數(shù)值

3、計(jì)算的結(jié)果，研究了噴管的性能參數(shù)及其內(nèi)的流動(dòng)狀況，動(dòng)葉流道內(nèi)的流動(dòng)分離、激波的特點(diǎn)，局部進(jìn)氣對(duì)渦輪內(nèi)氣動(dòng)參數(shù)的影響及不同位置動(dòng)葉葉片的載荷分布的影響。在對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行分析之后，利用有限元分析軟件對(duì)渦輪動(dòng)葉葉片的形變、應(yīng)力進(jìn)行了計(jì)算及分析，結(jié)果表明，應(yīng)力集中一般出現(xiàn)在渦輪的葉片根部。最后，設(shè)計(jì)并分析了幾種形式的渦輪出口的擴(kuò)壓段的減速效果及能量損失，通過采用逐步擴(kuò)張型的擴(kuò)壓管，并采用波浪型的壁面，可以在較小的損失的條件下，增大出口氣流分布均勻性