大子午擴(kuò)張渦輪正交化設(shè)計(jì)及性能分析.pdf

1、燃?xì)庠跍u輪中膨脹做功的主要損失有端部的二次流損失、葉型損失和間隙泄漏損失。而在燃?xì)廨啓C(jī)的動(dòng)力渦輪中，流道的子午擴(kuò)張會(huì)造成較大的端部二次流動(dòng)及端區(qū)損失。因此對(duì)大子午擴(kuò)張渦輪端部流動(dòng)進(jìn)行深入研究，并提出有效的降低大子午擴(kuò)張渦輪端部流動(dòng)損失的方法顯得十分必要，這對(duì)提高現(xiàn)有渦輪氣動(dòng)性能具有十分重要的意義。
　　渦輪葉片采用正交化設(shè)計(jì)是創(chuàng)新型設(shè)計(jì)，目前在國(guó)內(nèi)還極度缺少相關(guān)方面的論文研究和應(yīng)用。不過(guò)，在羅羅公司的遄達(dá)系列航空發(fā)動(dòng)機(jī)和MT30艦

2、用燃?xì)廨啓C(jī)中皆創(chuàng)造性地使用了正交渦輪的設(shè)計(jì)。本文基于此對(duì)現(xiàn)有大子午擴(kuò)張渦輪進(jìn)行正交化優(yōu)化設(shè)計(jì)并深入分析和研究正交設(shè)計(jì)對(duì)大子午擴(kuò)張渦輪氣動(dòng)性能的影響。
　　首先，本文引入了變厚度S1流層的概念。利用變厚度S1流層能夠更加準(zhǔn)確的分析大子午擴(kuò)張渦輪端區(qū)的流動(dòng)情況，為大子午擴(kuò)張渦輪葉片的端區(qū)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。利用變厚度S1流層進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算和分析時(shí)與平面流動(dòng)和普通回轉(zhuǎn)面流動(dòng)的區(qū)別主要在于：流面彎曲；流面厚度變化和沿流程葉柵柵距變化。可以發(fā)現(xiàn)，平

3、面流動(dòng)流面不存在彎曲，同時(shí)由于流道在子午面上的擴(kuò)張使得流層厚度沿流向增厚，并使得葉柵柵距隨流向回轉(zhuǎn)半徑增加而減小，所以流面厚度變化和沿流程葉柵柵距變化可以區(qū)分普通回轉(zhuǎn)面流層和變厚度S1流層的區(qū)別。變厚度S1流層是唯一能夠準(zhǔn)確分析大子午擴(kuò)張渦輪端區(qū)流動(dòng)的方式。本文在后續(xù)章節(jié)的研究中，利用變厚度S1流層對(duì)大子午擴(kuò)張渦輪端區(qū)流動(dòng)進(jìn)行分析。
　　其次，本文對(duì)采用正交渦輪靜葉片的動(dòng)力渦輪第一級(jí)進(jìn)行通流計(jì)算并和原型渦輪第一級(jí)的比較中，進(jìn)出口平

4、均流量基本保持不變，效率提升了0.69％，主要提升位置在40%到90%相對(duì)葉高處。并對(duì)采用了正交渦輪靜葉的動(dòng)力渦輪第一級(jí)的流場(chǎng)進(jìn)行了分析。討論了正交靜葉對(duì)流場(chǎng)產(chǎn)生的影響。研究發(fā)現(xiàn)，正交渦輪靜葉片由前部加載變?yōu)榫鶆蚣虞d，使得流動(dòng)更加平緩，壓力梯度減小；同時(shí)，由于低壓區(qū)向后向上移動(dòng)，使得在靜葉的吸力面形成了“C”型壓力場(chǎng)，使得上端壁的流動(dòng)沿壓力梯度向葉片的中部移動(dòng)，減少了端壁的流動(dòng)損失。從一級(jí)渦輪來(lái)看，正交設(shè)計(jì)能夠有效的提高渦輪的效率和作功