末級(jí)渦輪氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法及非軸對(duì)稱端壁造型技術(shù)研究.pdf

1、本文系統(tǒng)地研究了蒸汽渦輪長(zhǎng)葉片級(jí)的有關(guān)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法。圍繞蒸汽渦輪長(zhǎng)葉片級(jí)氣動(dòng)設(shè)計(jì)體系中的兩個(gè)重要的環(huán)節(jié)——渦輪級(jí)S2流面反問題設(shè)計(jì)計(jì)算和任意旋成流面上的二維葉柵網(wǎng)格生成方法及無(wú)粘流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法開展了部分工作。鑒于在蒸汽渦輪長(zhǎng)葉片級(jí)的動(dòng)葉片根部，較大的葉型的折轉(zhuǎn)角必然帶來(lái)較大的二次流損失，本文對(duì)利用非軸對(duì)稱端壁造型減少大折轉(zhuǎn)角渦輪葉柵中的二次流損失進(jìn)行了探索性的研究。 本文應(yīng)用流線曲率法編制了渦輪級(jí)S2流面的反問題設(shè)計(jì)計(jì)算程序，

2、并對(duì)一蒸汽渦輪末級(jí)長(zhǎng)葉片進(jìn)行了氣動(dòng)設(shè)計(jì)，結(jié)合上述計(jì)算結(jié)果對(duì)大功率蒸汽渦輪末級(jí)長(zhǎng)葉片氣動(dòng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步的探討。對(duì)沿葉展等輪周功分布和可控渦流型兩種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比分析。分析結(jié)果表明：盡管可控渦流型與等輪周功分布方案相比能夠使渦輪級(jí)的反動(dòng)度沿葉展的分布趨于均勻，但在應(yīng)用于末級(jí)長(zhǎng)葉片的設(shè)計(jì)時(shí)由于積分余速損失的增加而受到了一定的限制。 本文應(yīng)用有限體積時(shí)間相關(guān)法求解了任意旋成流面上的二維葉柵無(wú)粘流場(chǎng)，應(yīng)用多重網(wǎng)格技術(shù)對(duì)數(shù)值計(jì)算

3、過程進(jìn)行了加速，取得了良好的效果。在流場(chǎng)計(jì)算所用網(wǎng)格的生成方面，除利用代數(shù)法生成計(jì)算網(wǎng)格外，本文還發(fā)展了一種利用Possion方程生成二維葉柵H形網(wǎng)格的新方法。與代數(shù)方法生成的網(wǎng)格相比，在同樣的網(wǎng)格數(shù)目下，Possion方程法生成的網(wǎng)格對(duì)葉型的進(jìn)、出氣側(cè)的小圓的幾何形狀模擬的更真實(shí)，網(wǎng)格單元的分布更加均勻，正交性和光滑性更好。對(duì)于一種跨音速渦輪靜葉柵來(lái)說(shuō)，流場(chǎng)計(jì)算的結(jié)果表明：Possion方程方法生成的網(wǎng)格與代數(shù)方法生成的網(wǎng)格相比，在同

4、樣的網(wǎng)格數(shù)目下，能更加清晰的捕捉到葉型尾緣處的激波間斷。 非軸對(duì)稱端壁造型作為一種先進(jìn)的二次流控制技術(shù)，具有廣闊的工程應(yīng)用前景。本文應(yīng)用商用軟件Fine/Turbo分別對(duì)常規(guī)葉柵、下端壁上凸和下端壁下凹兩種非軸對(duì)稱端壁葉柵的流場(chǎng)進(jìn)行了詳盡的數(shù)值模擬，通過將下端壁上凸和下端壁下凹葉柵中的通道渦的發(fā)生、發(fā)展過程與常規(guī)葉柵進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)非軸對(duì)稱端壁造型減小渦輪葉柵二次流損失的機(jī)理進(jìn)行了初步的探討。結(jié)果表明：1、下端壁上凸葉柵出口處的