某型涡轮过渡段机匣子午型线数值研究

为了研究某型涡轮过渡段气动性能,采用数值模拟方法研究了子午型线对某带支板的涡轮过渡段气动性能和流场特性的影响,探讨了四种机匣型线时过渡段及上游高压涡轮的气动参数分布及流动情况,并给出了不同方案时总损失对比分析。结果表明,过渡段机匣子午型线对上游高压涡轮的影响不大,仅方案Case_1的气流角发生了明显变化。由于不同的过渡段子午型线使得流道中的静压分布发生变化,气流逆压梯度的变化引起机匣附近的流动分离改变,进而使得过渡段出口的损失变化,极大地影响过渡段的整体气动性能。

几何因素对涡轮过渡段性能的影响

为研究涡轮过渡段几何因素对其性能的影响,采用参数化方法进行过渡段子午流面造型,利用数值模拟方法对过渡段性能进行计算分析,同时借助试验结果予以对比验证。结果表明:长高比、扩张角会影响过渡段壁面曲率变化,大长高比、小扩张角过渡段扩压效果较好;相对于长高比、面积比,扩张角对过渡段总压恢复系数影响最大;进出口面积比直接影响过渡段扩压程度,但对过渡段总压损失影响较小;面积比增大18%,静压升系数最大可增加90%。

大扩张角涡轮过渡段性能试验和数值研究

为研究某型大扩张角涡轮过渡段气动性能,对过渡段内部流场进行了详细的试验测量,同时采用CFD数值模拟对过渡段内部流场进行仿真,并与试验结果进行对比分析。结果表明:过渡段机匣表面流动受强逆压梯度影响,容易发生流动分离;轮毂表面流场受支板前缘冲击绕流的影响,呈现周向不均匀性。来流气流角使得过渡段内部流场向支板一侧偏斜,随着气流角的增大,过渡段总压损失增大。CFD模拟结果与试验测量结果吻合较好,均能很好地捕捉流场的细节特征;过渡段进、出口总压恢复系数随着来流气流角的增大而减小,CFD模拟和试验测量值的偏差约为0.2%。

大涵道比发动机涡轮过渡段气动改型设计

大涵道比发动机的发展对涡轮过渡段设计提出了更高的要求。依据涡轮过渡段设计流程的5个步骤对某大涵道比发动机过渡段进行气动设计,并且对原型进行3维校核分析。总结过渡段内流动的特点,在原型的基础上进行改型设计。结果表明:通过控制流向面积分布规律能够确定过渡段沿流向的压力分布,选择合理的流向面积分布规律形式、改变过渡段流道型线的曲率能够改善当地的局部流动,获得更好的设计。改型设计消除了原型设计中存在的流动分离,并且减小了二次流损失,增大了过渡段的总压恢复系数。

超紧凑涡轮过渡段数值模拟研究

采用数值模拟方法对超紧凑涡轮过渡段进行了研究。通过对比6个不同超紧凑过渡段模型模拟结果,分析了过渡段内部流动基本特征,探讨了长度和支板对超紧凑过渡段内部流动损失的影响规律。结果表明,对于超紧凑过渡段而言,长度越短,其流动损失越大;而且进一步缩短长度的流动损失"成本"越大。支板的引入改变了流通面积,进而影响过渡段内部压力分布;并与上下游叶片相互作用,改变过渡段内部流动分离及损失状况。整体而言,支板使得过渡段流动损失明显增大且过渡段长度越短,支板带来的额外流动损失越大。

大扩张比涡轮过渡段的数值模拟与改进

为了提高某型涡轴发动机过渡段的气动性能,采用三维数值模拟的方法对其进行了计算分析,讨论了影响过渡段流动的因素,总结了造成过渡段气动性能较差的主要原因是出现了流动分离。对过渡段的外流道进行了改进设计。结果表明通过调整过渡段外流道的曲率变化能够有效地控制过渡段的分离流动,并提高了过渡段的性能,改善了过渡段出口的流动条件。

大扩张角涡轮过渡段非定常流动数值仿真

为进一步减小涡轮过渡段流动损失,深入了解涡轮过渡段中的非定常损失机理,开展了大扩张角过渡段研究。在过渡段的非定常流动机理研究中,过渡段进口流场的最显著特点是:转子泄漏涡、通道涡和尾迹。采用数值方法对大扩张角涡轮过渡段进行3维非定常数值仿真。结果表明:支板尾缘部分的静压波动小于支板前缘部分的;高压涡轮静子尾迹被转子切割后进入转子通道中向下游传播并在过渡段内形成尾迹通道,尾迹在过渡段内的时空演化是过渡段内损失的主要来源;过渡段支板表面负荷分布发生明显的周期性变化,支板表面承受较强的非定常力,在过渡段设计中必须考虑。

一体化涡轮过渡段气动优化技术

涡轮过渡段的气动性能对涡轮部件乃至整个发动机的性能都有重要影响,国外历来重视对涡轮过渡段的研究,还制定了如AITEB-2、AIDA等专门的研究计划。根据结构形式的不同,涡轮过渡段可分为普通过渡段和一体化过渡段。普通过渡段即扩张流道+支板叶片。一体化过渡段是为了进一步提高涡轮部件的气动性能,同时降低其尺寸和质量,采用过渡段与下游涡轮静子一体化的结构来代替单独的过渡段和下游涡轮静子。相对于普通过渡段,一体化过渡段的气动性能对于整个涡轮部件气动性能的影响更大,其设计难度也更大。并且在一体化过渡段的早期设计阶段,其气动性能通常很难达到性能指标要求,需要在后期进行优化改进。

涡轴发动机涡轮过渡段环形叶栅试验验证

本文以涡轴发动机涡轮过渡段(ITD)为研究对象,进行了环形叶栅试验,获取了过渡段在-15°~15°迎角下过渡段的损失特性。试验结果表明,总压损失随着马赫数的增加而增加,且呈二次曲线关系。在进口迎角为-5°~0°时,涡轮过渡段总压损失最低,在正迎角时,涡轮过渡段总压损失较大,且偏离支板倾斜方向越大,损失越大。试验同时获得了设计状态过渡段内部气动参数分布,可为该涡轮过渡段支板叶型的优化设计提供一定的试验依据。

几何参数对紧凑涡轮过渡段内部流动机理影响研究

本文深入探讨了定常来流条件下过渡段内部流动机理和损失机制。通过保持过渡段长高比、雷诺数和进口旋流不变,借助实验和数值模拟方法,系统地研究了过渡段中位角和出口面积对其内部流动及气动性能影响。研究发现,过渡段内部流场结构主要以对涡及轮毂和机匣区域附面层分离为主。过渡段来流尾迹、中位角及进出口面积比是影响过渡段内部流动损失的三个主要因素。其中,中位角决定了机匣第一弯逆压梯度强度,面积比主要控制第二弯静压升,上游尾迹是诱发机匣侧流动分离的主要诱因。在大中位角情况下,机匣第一弯的流动分离更严重,分离明显提前。在大面积比情况下,机匣侧不仅出现由上游尾迹堆积产生的流动分离,还会出现机匣附面层自身二维分离。随着过渡段的中位角和面积比增大,损失急剧增加。