背压对缩放型流道涡轮动叶激波结构的影响

本文采用数值模拟的方法对具有缩放型流道动叶的涡轮级中的激波结构进行了数值研究。在近设计工况下,随叶高的不同,缩放型流道动叶尾缘的相对马赫数分布不同,尾缘燕尾型激波的强弱及其在相邻叶片吸力面的反射波也不同。由于叶片吸力面60%轴向弦长处为一内凹壁面,在该处将会产生一束较强的微弱压缩波,在叶片顶部,该微弱压缩波在通过燕尾波后不远处即发展为一较强的斜激波。随背压增加,动叶尾缘燕尾形激波及其在相邻叶片吸力面上反射波的强度会发生变化,一般来说会减弱,但叶顶由于微弱压缩波所形成的激波会得到强化。

跨声速缩放型流道涡轮平面叶栅流场的实验研究

本文采用实验方法研究了跨声速缩放型流道涡轮平面叶栅在不同攻角、不同落压比时的进出口参数、叶表静压及端壁静压分布,并利用纹影显示技术记录了零攻角下不同落压比时流道内波系结构的变化过程。结果表明:此缩放型流道涡轮叶栅中攻角仅对约30%轴向弦长之前的叶表静压有明显影响;随着落压比的增大,流道内的波系由正激波转变为斜激波,叶栅损失减小,并且波系逐渐向流道出口移动,吸力面压力突跃位置向叶片尾缘靠近。

吸力面凸台对缩放型流道涡轮动叶气动性能影响的数值研究

本文采用数值模拟的方法对1＋1/2对转涡轮高压动叶吸力面内伸波作用位置添加凸台以降低激波损失的机理进行了研究。通过详细的数值模拟及流场分析可知,加凸台对于涡轮级间的匹配关系不会带来明显的影响,合适的凸台位置及高度能有效地抑制内伸波引起的边界层分离,并在一定程度上减小内伸波的强度,提高涡轮效率.本文研究结果显示,当凸台位于高压动叶吸力面84%～86%轴向弦长,最大高度为1 mm,且与叶片表面光滑连接时,效果最佳,此时涡轮效率提高约0.11%。

带有缩放型流道的无导叶对转涡轮特性研究

本文发展了一种以气动函数为基础计算无导叶对转涡轮特性的方法。在常规涡轮特性计算方法的基础上,针对1+1及1+1/2对转涡轮的特点,分别提出了不同的处理方法,并对计算过程中需要考虑的问题及解决方法进行了详细的讨论。通过理论与数值研究相结合的方式,对提出的计算方法和编制的软件进行了验证。研究表明,经过改进的涡轮特性计算方法可以用于计算对转涡轮,且计算结果与商用软件数值结果吻合较好。

动叶具有缩放型流道的涡轮级效率特性分析

针对一动叶采用缩放式叶型设计、以无导叶对转涡轮为应用背景的涡轮级,通过数值模拟进行研究发现,在设计换算转速下,该涡轮级效率特性呈现"双峰僧'的特点。随着落压比增大,首先动叶进气攻角由负变为零,效率升高并达到极大值;其后,动叶流道内形成正激波,其自身产生波阻并在吸力面引起边界层分离,效率下降;随后,该激波向下游移至叶片尾缘,尾迹损失明显增加,加上波阻、边界层分离的综合作用,效率达到极小值;然后,该激波演变为尾缘斜激波,自身波阻减小,而且它在吸力面引起的边界层分离消失,流道内总体损失下降,效率又会上升并在设计点附近达到极大值;其后,该激波波前马赫数不断增大,波阻损失随之增加,同时尾迹损失也持续增加,效率又会下降。结果显示,高负荷跨音工况下激波与边界层干扰引起的边界层分离损失以及动叶高出口马赫数时尾缘区域的损失(包括波阻损失和尾迹损失)占总体损失的至少1/2以上,在设计优化过程中应重点关注与之相关的动叶吸力面扩张段和叶片尾缘区域。