弯曲设计在涡轮一体化过渡段中的气动效果分析

为提升某对转涡轮过渡段性能,并研究叶片弯曲技术在过渡段中的气动效果,对某一体化设计涡轮过渡段进行数值模拟。对过渡段内支板及气动导向叶片进行弯曲设计,控制弯曲叶高50%,设计正弯、反弯、J型、反J型四种弯曲形式,弯角变化范围10°~20°,通过对比分析不同的叶片弯曲方案,初步探讨叶片弯曲在一体化过渡段内控制二次流动、减小损失的机理。结果表明:过渡段中主要损失区域集中在支板和气动导向叶片吸力面尾缘角区,采用J型设计能够有效改善叶片表面压力分布,大幅缩小高损失区范围,优化主流流动,20°弯角J型设计能够使通道内能量损失系数相对降低7.4%,对控制一体化过渡段流场内二次流动起到改善效果。

一体化过渡段大叶片对涡轮部件气动影响研究

为了理清一体化过渡段中大叶片的引入对涡轮部件气动性能和流动情况造成的影响,以带一体化动力涡轮过渡段的发动机的整个涡轮部件为研究对象,通过采用数值模拟的方法对其流动进行了研究。研究结果表明在地面起飞和最大巡航两种发动机工作状态下,一体化过渡段中大叶片的引入对低压涡轮和动力涡轮的性能均有显著影响,膨胀比和功率的影响量级达到1%;低涡动叶和动涡一导轴向力的影响量级分别为2%和5%;动涡一导和动涡一动进口气流角的影响量级分别为0.5°和2.5°。由于地面和空中两种状态下动力涡轮和排气支板的工作状态不同,故一体化过渡段大叶片的引入对其气动损失的影响机理不同,从而造成其损失和效率的变化趋势和量级不同。

基于三维CFD与智能算法的一体化涡轮过渡段气动优化

为提升一体化涡轮过渡段的气动性能,并掌握一体化涡轮过渡段气动优化技术中的关键点,对基于三维CFD与智能算法的一体化涡轮过渡段的气动优化技术开展了研究。结果表明:对优化前过渡段流动特征的分析和认识,是识别主要优化变量、取得较好优化效果的必要前提;过渡段几何参数化的优劣取决于初始模型的构建,初始模型的构建应以对优化前过渡段几何特征的分析为基础;对于原始叶片几何为6个径向截面的过渡段,采用径向3截面相比径向6截面进行参数化拟合,虽然参数化效果稍逊,但能有效减少拟合的参数数目,并消除优化结果叶片几何沿径向的扭曲。只对流道、只对叶片、同时对流道与叶片进行优化的过渡段,其总压损失降低效果分别达到0.49%、0.56%、1.12%。

大转差对转涡轮一体化过渡段多目标优化与分析

针对某大转差对转涡轮性能提升需求,首先,分析了原燃气涡轮性能的不足,确定优化一体化过渡段(IITD)作为性能提升的手段;其次,基于iSIGHT2020,集成Numeca13、CFX19及自编程序,搭建了三维气动优化平台,其所需的计算机存储空间仅为原优化系统的9.42%,极大地降低对存储空间的要求;最后,考虑上游级出口气流参数、涡轮进口流量、对转涡轮级间、级内功分配,并兼顾与下游低压涡轮动叶适配性这5个约束条件,基于该优化平台,对IITD进行多目标气动优化。结果表明:满足上述5个约束条件,IITD总压恢复系数提高1.27%,IITD进口至叶片前缘,叶片最大厚度至IITD出口这两个区域的损失占总损失的比例达66.0%以上;低压涡轮功率提高0.78%,效率提高0.28%;燃气涡轮功率提高0.23%,效率提高0.17%。非设计点工况,IITD总压恢复系数及低压涡轮性能也均得到提升。