【摘要】：本文主要研究大型汽輪機(jī)組低壓通流形式對(duì)氣動(dòng)性能的影響,確定適用于1200mm/1500mm超長(zhǎng)葉片的最佳通流形狀的控制方法和控制參數(shù),完成通流形狀以及先進(jìn)葉型的選擇對(duì)超長(zhǎng)葉片氣動(dòng)性能影響規(guī)律的研究。為研究通流形狀對(duì)葉柵氣動(dòng)性能的影響,基于靜、動(dòng)葉片軸向間隙約束不變?cè)O(shè)計(jì)了等壓梯度、等速度梯度、五次曲線(xiàn)、維氏曲線(xiàn)型四類(lèi)典型端壁型線(xiàn),并選取8度、15度、20度、25度四種擴(kuò)張角度對(duì)與上端壁型線(xiàn)進(jìn)行匹配,對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬,探究不同端壁型線(xiàn)下的葉片氣動(dòng)性能,并進(jìn)行對(duì)比分析。本文首先對(duì)原始型線(xiàn)下的葉柵流場(chǎng)進(jìn)行了研究,分析了末級(jí)葉柵中的壓力梯度和二次流損失機(jī)理,捕捉了原始葉柵中旋渦結(jié)構(gòu)的演變過(guò)程以及靜葉根部和中部的超聲速下的速度場(chǎng)特性,了解了葉柵中的高損失區(qū)域和激波結(jié)構(gòu)。通過(guò)控制子午型線(xiàn)的幾何參數(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)等速度梯度、等壓力梯度以及聯(lián)合梯度的控制,從而對(duì)流場(chǎng)端區(qū)徑向壓力梯度進(jìn)行控制和調(diào)整,優(yōu)化葉柵內(nèi)部流場(chǎng),提高整體氣動(dòng)性能。改型后葉柵進(jìn)口以及內(nèi)部流動(dòng)情況都得到了改善,葉柵頂部橫向壓力梯度減小,改善了末級(jí)的擴(kuò)壓流動(dòng)分離。與原始型線(xiàn)下相比,出口總壓損失明顯降低同時(shí)出口氣流角沿葉高分布更加均勻,靜葉根部的激波強(qiáng)度有所降低。同種類(lèi)型端壁型線(xiàn)下隨著擴(kuò)張角的增大,葉柵內(nèi)部壓力梯度波動(dòng)幅度較大,激波強(qiáng)度明顯增強(qiáng),流動(dòng)惡化。研究結(jié)果表明,葉型選擇對(duì)葉柵流動(dòng)影響顯著,后加載葉型和正彎葉片是本文中葉型的主要特點(diǎn)。后部加載葉型減少了擴(kuò)壓段長(zhǎng)度而正彎葉片則有利于低能流體向葉柵中部的流動(dòng)。葉片正彎后沿葉高的壓力分布整體呈C型,此外正彎葉片使負(fù)荷沿葉高分布均勻,同時(shí)也均化了出口氣流角。通過(guò)對(duì)各個(gè)氣動(dòng)參數(shù)的探究,發(fā)現(xiàn)等壓梯度型端壁型線(xiàn)在擴(kuò)張角低于20度時(shí)綜合性能較好,葉柵內(nèi)部損失較小,大擴(kuò)張角下維氏曲線(xiàn)型端壁型線(xiàn)的反動(dòng)度分布以及頂部二次流現(xiàn)象能夠減弱,性能較好。因此在小擴(kuò)張角下可以選用等壓梯度型端壁,大擴(kuò)張角下應(yīng)選用維氏曲線(xiàn)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以采用聯(lián)合設(shè)計(jì),對(duì)特定位置選取特定型線(xiàn)來(lái)提高氣動(dòng)性能。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TK261
【圖文】：

如圖 1-1 所示為 Fox[10]提出的四種擴(kuò)壓器內(nèi)部的不同流動(dòng)）代表了二維擴(kuò)壓器中上下端壁從穩(wěn)定流動(dòng)發(fā)展到兩側(cè)皆為擴(kuò)壓器的喉部尺寸，進(jìn)口條件以及上下端壁的長(zhǎng)度保持一致擴(kuò)張角不同，圖（a）到圖（d）的過(guò)程中擴(kuò)張角不斷提高。流動(dòng)依次經(jīng)歷了穩(wěn)定流動(dòng)，失速流動(dòng)，完全失速流動(dòng)和射流擴(kuò)張角對(duì)流動(dòng)形式有著重大影響。Norris[11,12]等針對(duì)簡(jiǎn)單擴(kuò)數(shù)值計(jì)算對(duì)擴(kuò)壓器內(nèi)部流動(dòng)情況做了詳細(xì)的討論，端壁曲這擴(kuò)壓器內(nèi)部的流動(dòng)。Blanco[13]等評(píng)估了在不同擴(kuò)張角下性能，發(fā)現(xiàn)不同擴(kuò)張角下擴(kuò)壓器內(nèi)部流場(chǎng)分布不同，針對(duì)流研究。a) Well behaved b) Transistory stall

圖 1-2 S 型流道擴(kuò)壓器[14]-3 所示為 Duden[15]針對(duì)矩形動(dòng)葉葉柵設(shè)計(jì)的子午面型線(xiàn)示擴(kuò)張型端壁，動(dòng)葉為三維葉型。動(dòng)葉流道外端壁的主要設(shè)計(jì)沿葉展方向的壓力梯度分布，盡量使其減小。設(shè)計(jì)的特點(diǎn)在適當(dāng)調(diào)整，并不是一成不變的，在該特點(diǎn)下綜合考察了動(dòng)葉及端壁型線(xiàn)的選取等因素的影響。優(yōu)化子午流道和葉型后6%，說(shuō)明選取適當(dāng)?shù)娜~型和端壁型線(xiàn)可以大大提高葉柵整

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文降低能量損失的原理是基于葉片表面的附面層遷移。附彎扭或者傾斜后葉柵流道內(nèi)沿葉片徑向的壓力會(huì)重新分布柵主流帶走端壁的邊界層流動(dòng)，減少邊界層流體在上下端二次流所導(dǎo)致的能量損失。葉片彎曲所造成的 C 型壓力的遷移[41]，如圖 1-4[42]所示為正傾斜葉片的壓力分布示意端壁低能流體的流動(dòng)趨勢(shì)，葉型的構(gòu)造導(dǎo)致頂部壓力大于移動(dòng)，同時(shí)根部的壓力也大于中部，因此底部的流體也會(huì)的影響下減少了低能流體在上下端壁的集中聚集，而是向，優(yōu)化了上下端壁處的流動(dòng)情況，葉片正傾斜可以削弱頂

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本文編號(hào)：2771632