高膨脹比向心渦輪的氣動設(shè)計與數(shù)值模擬.pdf

1、隨著現(xiàn)代航空工業(yè)的迅速發(fā)展，航空活塞式發(fā)動機因其低油耗、高功重比和高可靠性的特點，在某些航空飛行器上得到了廣泛應(yīng)用。航空活塞發(fā)動機在高空飛行時，由于大氣密度較低，發(fā)動機的進(jìn)氣量下降，因而功率難以滿足要求，需要利用多級渦輪增壓技術(shù)以提高活塞發(fā)動機的性能，提高飛行器飛行高度，同時為了減輕質(zhì)量，渦輪增壓器單級壓氣機增壓比和渦輪膨脹比都比較高。
　　向心渦輪可在高膨脹比下正常工作，做功能力強，小流量下能保持較高性能，且制造成本低、便于安裝

2、，常用于渦輪增壓器、微型渦輪發(fā)動機等機械的做功部件。氣流在向心渦輪葉輪流道中從徑向轉(zhuǎn)到軸向，三維流動特征十分顯著，同時由于葉輪轉(zhuǎn)速一般都較高，離心力和哥氏力的影響較大，增加了葉輪內(nèi)部流動的復(fù)雜性，從而給向心渦輪的設(shè)計和實驗研究帶來一定困難。近年來，隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，應(yīng)用先進(jìn)的 CFD技術(shù)開展渦輪設(shè)計已成為現(xiàn)代高性能渦輪設(shè)計的重要手段。
　　本文針對某航空活塞發(fā)動機渦輪增壓器，開展高膨脹比、小流量、高效率的向心渦輪氣動設(shè)計，

3、利用 ANSYS系列軟件進(jìn)行數(shù)值模擬驗證和強度校核分析，以滿足設(shè)計要求，并對向心渦輪內(nèi)部流場和葉片所受應(yīng)力水平進(jìn)行分析。
　　研究結(jié)果表明，本文設(shè)計的向心渦輪輪周效率數(shù)值計算值為76.4％，滿足了設(shè)計要求；在壓差作用下，葉頂吸力面產(chǎn)生強烈的泄漏流動，并向壓力面發(fā)展，與吸力面和上端壁附面層流體以及橫流相互摻混產(chǎn)生損失，為向心渦輪主要損失來源；在設(shè)計工況抽氣量為17.5%時，抽氣孔使其附近無葉渦輪箱出口馬赫數(shù)降低，出口氣流角增大；在相