航空发动机对转涡轮气动设计技术研究进展

随着航空工业的发展,民用或者军用飞行器都对航空发动机要求越来越高,对转涡轮由于其气动布局上的优势能成为未来航空发动机的关键技术之一。本文通过对国内外文献的调研,结合课题组多年研究工作,分析了对转涡轮内部的特征,并从对转涡轮速度三角形参数分析和气动设计准则、内部复杂流动机制、激波组织技术和收扩叶型造型方法等方面对其研究进展进行了论述;在此基础上考虑加工工艺、结构强度、传热冷却等多学科耦合因素,探讨了转涡轮技术在工程应用中面临的挑战及可能的解决方向,展望了转涡轮技术的发展趋势。

位势场与涡轮端区二次流的相互作用机理研究

采用数值模拟方法,研究了某亚声速涡轮内部下游导叶位势场与动叶端区二次流和叶尖泄漏流的非定常相互作用,详细分析了不同时刻的流动特性。结果表明:受下游导叶的非定常位势作用影响,动叶出口瞬时时刻二次涡结构呈现明显的周期性变化,并导致动叶出口熵增和效率均随时间改变,文中利用旋涡运动学理论对产生这一现象的流动机理进行了深入探讨。

壁面导热对微型向心涡轮性能及流动影响

为了探讨传热对于微型向心涡轮的性能和流动的影响规律,根据微型向心涡轮的特点,针对涡轮的轮毂侧壁面传热现象,建立了涡轮的气动性能随传热量变化的一维模型,并利用数值模拟对模型进行了验证,分析了不同传热量下微型向心涡轮的流动变化。结果表明所发展的模型有较好的精确度,可以用以评估传热对微型向心涡轮性能的影响;较大的传热会改变转子进口相对气流角并影响转子整个通道内的流动;涡轮对外传热使得涡轮输出功降低,涡轮效率明显降低。

高负荷低压涡轮叶片边界层损失机理

对不同雷诺数、不同来流湍流度条件下某典型高负荷低压涡轮叶片边界层流动进行了数值模拟,详细分析了雷诺数和湍流度对边界层分离与转捩的影响机制。结果表明:随着雷诺数的降低叶栅出口总压损失增大,一方面雷诺数减小吸力面边界层抗分离能力减弱,边界层分离引起损失增加,另一方面雷诺数减小吸力面层流边界层摩擦损失增大;随着湍流度的升高叶栅出口总压损失先减小后增大,这是因为低湍流度时流动分离损失占主要地位,湍流度增大分离减弱,叶栅总压损失减小;高湍流度时流动分离损失较小,边界层摩擦损失占主要地位,湍流度增大摩擦损失相应增加,叶栅总压损失增大。