高空工作的航空發(fā)動機或者微型燃?xì)廨啓C通常工作在很低的進口雷諾數(shù)下。渦輪內(nèi)部流動可能存在流動分離和轉(zhuǎn)捩,對渦輪的氣動特性造成嚴(yán)重影響。軸流渦輪內(nèi)部的流動是復(fù)雜的三維非定常流動。數(shù)值模擬方法是研究其內(nèi)部流動的重要手段。針對某低速軸流渦輪,建立了三維數(shù)值模型,研究了雷諾數(shù)對渦輪內(nèi)部流動的影響。根據(jù)靜葉流動分離情況,研究了不同控制方法控制流動分離的效果及內(nèi)部流動的影響;最后研究了通過葉片幾何優(yōu)化控制流動分離的可行性。研究結(jié)果表明:隨進口雷諾數(shù)的增加,渦輪靜葉吸力面流動分離推遲,靜葉出口處速度邊界層厚度變薄;靜葉下游總壓損失和速度損失減小;動葉下游出口處二次流引起的損失區(qū)域減小。根部通道渦、頂部通道渦和頂部間隙泄漏渦引起的總壓損失較大。頂部間隙泄漏渦造成的速度虧損最大。在低雷諾數(shù)下,矩形凸臺加裝在前緣和最大厚度處時吸力面流動分離推遲;矩形凸臺加裝在分離前位置沒有達到控制流動分離的效果。粗糙帶加裝在三個位置時均能有效控制吸力面的流動分離。在葉片上加裝圓形槽和V形槽時控制方法失效。在高雷諾數(shù)下,矩形凸臺和粗糙帶的效果與低雷諾數(shù)下效果相似。圓形槽加裝在前緣和最大厚度處能有效的控制流動分離,加裝在分離前位置處失效。V形槽加裝在前緣位置處時控制流動分離的效果較弱,加裝在葉片最大厚度處和分離前位置處均失效。改變?nèi)~片的傾斜角減弱了葉片頂部流體的徑向流動,提高了靜葉下游出口處流體速度,使靜葉整體的總壓虧損略有降低,但葉片頂部流動分離區(qū)域增大。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V231;TK471
【部分圖文】：

氣動性能和效率急劇下降。因此必須深入研究雷諾數(shù)是如何影響渦輪性能，本章將??從雷諾數(shù)角度深入分析其對渦輪內(nèi)部流動的影響。??３．１計算模型與數(shù)值方法??３．１．１物理實驗介紹??實驗由日本ＡＩＳＴ研宄所在開放式風(fēng)洞中完成。實驗裝置如圖３－１所示，實驗??裝置的總長度為３．８米，實驗段內(nèi)徑和外徑分別為０．３米和０．５米。單級軸流式渦輪??葉片使用自由渦法設(shè)計，靜葉和動葉的葉片數(shù)分別為２８和３１。靜葉和動葉的葉高??分別７５ｍｍ和７４ｍｍ，動葉葉頂與端蓋處的間隙１ｍｍ，潤輪葉片的幾何參數(shù)由表??３－１給出。靜葉出口處總壓、速度和出口氣流角通過五孔測壓管測得，湍流強度由??熱線風(fēng)速儀測得；動葉出口處的速度和揣流強度由熱線風(fēng)速儀測得。渦輪進口雷諾??數(shù)由１．７父１０４變化到６．６＼１０４，動葉轉(zhuǎn)速從４０２�。保保弊兓剑保矗埃赣。保保�。變工況參數(shù)由??表３－２給出。圖３－２為渦輪靜葉和動葉三維幾何模型，圖３－３為渦輪葉片不同展向??位置的翼型幾何。??ｌｍ?會＾??＇

氣動性能和效率急劇下降。因此必須深入研究雷諾數(shù)是如何影響渦輪性能，本章將??從雷諾數(shù)角度深入分析其對渦輪內(nèi)部流動的影響。??３．１計算模型與數(shù)值方法??３．１．１物理實驗介紹??實驗由日本ＡＩＳＴ研宄所在開放式風(fēng)洞中完成。實驗裝置如圖３－１所示，實驗??裝置的總長度為３．８米，實驗段內(nèi)徑和外徑分別為０．３米和０．５米。單級軸流式渦輪??葉片使用自由渦法設(shè)計，靜葉和動葉的葉片數(shù)分別為２８和３１。靜葉和動葉的葉高??分別７５ｍｍ和７４ｍｍ，動葉葉頂與端蓋處的間隙１ｍｍ，潤輪葉片的幾何參數(shù)由表??３－１給出。靜葉出口處總壓、速度和出口氣流角通過五孔測壓管測得，湍流強度由??熱線風(fēng)速儀測得；動葉出口處的速度和揣流強度由熱線風(fēng)速儀測得。渦輪進口雷諾??數(shù)由１．７父１０４變化到６．６＼１０４，動葉轉(zhuǎn)速從４０２印１１１變化到１４０８�。保保�。變工況參數(shù)由??表３－２給出。圖３－２為渦輪靜葉和動葉三維幾何模型，圖３－３為渦輪葉片不同展向??位置的翼型幾何。??ｌｍ?會＾??＇

入動葉通道時具有相同的入流角。通道兩側(cè)為周期性邊界，轉(zhuǎn)靜子交界面采用凍結(jié)??轉(zhuǎn)子法連接，端壁及葉片表面為絕熱無滑移固壁。由于進口馬赫數(shù)遠(yuǎn)小于０．３Ｍａ，??選取不可壓縮的２０°Ｃ空氣作為工質(zhì)。渦輪單通道計算域如圖３－４所示。??計算網(wǎng)格：采用ＡｕｔｏＧｒｉｄ軟件生成單通道多塊貼體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，靜葉網(wǎng)格節(jié)點數(shù)??為８９ｘ１６１ｘ６５?（周向ｘ軸向ｘ展向）動葉網(wǎng)格節(jié)點數(shù)１２１ｘ１３７ｘ６５?（周向ｘ軸向ｘ展向）??網(wǎng)格節(jié)點數(shù)２３０萬，近壁面Ｙ＋小于１。渦輪單通道網(wǎng)格如圖３－５所示。??采用ＣＦＸ軟件求ＲＡＮＳ方程：空間和時間均采用二階精度的中心差分格式離??散。定常模擬選取轉(zhuǎn)捩ＳＳＴ揣流模型，全局殘差收斂到ＫＴ４－１（Ｔ６量級。??１５??
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本文編號：2871038