隨著人們對燃?xì)廨啓C(jī)性能需求的不斷提升,對渦輪氣動性能優(yōu)化設(shè)計(jì)也有著更高的期望。渦輪做功過程中,由于動葉的高速旋轉(zhuǎn)決定了其本身的運(yùn)動性質(zhì)必定是高度非定常的,動靜干涉便是這一非定常運(yùn)動下普遍存在的現(xiàn)象。燃?xì)廨啓C(jī)渦輪工作環(huán)境的溫度極高,所以第一級動靜葉必須采用冷卻手段來保護(hù)葉片,當(dāng)使用氣膜冷卻手段時(shí),其冷卻流體勢必會對主流造成影響,增大動靜干涉下流場的復(fù)雜程度。所以本文使用數(shù)值模擬的計(jì)算方法,研究動靜干涉下靜葉有無氣膜冷卻結(jié)構(gòu)對尾跡及下游動葉氣動性能的影響,為渦輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。首先對無氣膜冷卻的某型渦輪第一級轉(zhuǎn)靜子進(jìn)行研究,使用商用軟件Fluent結(jié)合k-ω湍流模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,根據(jù)計(jì)算結(jié)果,對靜葉尾跡在動靜轉(zhuǎn)子交界面處的輸運(yùn)過程和動葉流場隨時(shí)間的變化進(jìn)行了分析。分析發(fā)現(xiàn):在動靜干涉之后,動葉通道內(nèi)的總壓損失在吸力面更為嚴(yán)重并在尾跡到達(dá)時(shí)增加,尾跡脫落后減少。動葉葉頂二次流造成的氣動損失大于泄漏流,并且受到尾跡脫落頻率的影響。其次,以靜葉具有氣膜冷卻結(jié)構(gòu)的燃?xì)廨啓C(jī)渦輪為對象,使用商用軟件CFX結(jié)合k-ω湍流模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,根據(jù)計(jì)算結(jié)果研究動靜干涉下具有氣膜冷卻結(jié)構(gòu)的靜葉尾跡在... 

【文章來源】：東北電力大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－丨ＳＩＭＰＬＥ算法蕋本思路流程圖??（２）?ＣＦＸ??ＣＦＸ同為ＡＮＡＳＹＳ旗下的一款數(shù)值模擬軟件，它具有針對軸流旋轉(zhuǎn)機(jī)械的??

東北電力大學(xué)工程碩士學(xué)位論文??網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證使用的網(wǎng)格數(shù)量分別為１６０萬、１８０萬、２１０萬和２９０萬四種，驗(yàn)證??網(wǎng)格數(shù)蟄對ｉ十算結(jié)果的影響并選取最適合計(jì)算的Ｎ格數(shù)量，從計(jì)算結(jié)果中提収總壓損失系??數(shù)作為驗(yàn)證參數(shù)。??總壓損失系數(shù)定義為：??廠?—Ｐ?ｉｎｌｅｔ?Ｐｉｎｅａｌ??Ｐ＝?＾／２?（３－１）??式中：為通道進(jìn)口總壓；??Ｐ／ｇ／為當(dāng)?shù)乜倝骸??Ｖ％為通道軸向理想速度最大值。??由圖３－２可以看出，網(wǎng)格數(shù)為１６０萬時(shí)，計(jì)算結(jié)果偏離較大，網(wǎng)格為１８０萬、２１０??萬和２９０萬時(shí)計(jì)算結(jié)果中的總壓損失系數(shù)相差小于３．７％，表明網(wǎng)格數(shù)量在１８０萬后具有無??關(guān)性。??１．０?－??０．９?－??０．８?－??＂??????霸??０．７?－??０．６?－??０．５?－??０．４?－??（）３??Ｉ?，?｜?，?｜?，?｜?，?｜?，?｜?，?｜?，???１６０?１Ｘ０?２００?２２０?２４０?２６０?２８０?３００??網(wǎng)格數(shù)??圖３－２網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證??３．１．２數(shù)值計(jì)算方法??本章數(shù)值計(jì)穿使用的求解器為商用軟件Ｆｌｕｅｎｔ，湍流模稻采用ＳＳＴ模型。采用有??限體積法的離散方法，在流項(xiàng)差分格式上采用二階迎風(fēng)格式，流體壓力－速度耦合基于??ＳＩＭＰＬＥ算法。由于計(jì)算硬件的限制，所以只選定？組動靜葉進(jìn)行計(jì)算。通道吸力面與壓??力面兩側(cè)設(shè)置為周期性邊界條件，使用Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ對動靜交界面進(jìn)行處理，其它壁面均采用??無滑移邊界條件。瞬時(shí)計(jì)算的時(shí)間步長為０．００５２７ｓ，＇個(gè)迭代周期用時(shí)為０．０１２７ｓ。??３．１．３邊界條件??依據(jù)計(jì)算需求，設(shè)置靜葉入

體的氣動性能產(chǎn)生波動。在５／６Ｔ時(shí)影響達(dá)到最大，圖中可以看到在動葉前??緣吸力面?zhèn)扔兄黠@的渦系卷吸，出現(xiàn)了不同大小的分離渦，導(dǎo)致下游動葉的不穩(wěn)定性增??強(qiáng)。??ｊ＼?ｆ?Ｖｉ?哉?ｊ??／．?！?：Ｊ?Ｕ?Ｉｔ．?！?ｔ?；?＇Ａ??１／６Ｔ?２／６Ｔ?３／６Ｔ??順＿?１們??：?Ｉ．、?ｉ?Ｉ?Ｋ?Ｉ，?：ｉ?！?；?；?Ｉ?－ｉ?Ｉ，．＇?�。椋�?：?１?＾?■?＊?Ｉ－?Ｉ?＼??ＩＬＬ??４／６Ｔ?５／６Ｔ?６／６Ｔ??圖３－４動靜交界而渦量分布??圖３－５顯示了葉柵不問截面流體靜壓的ＦＦＴ頻譜分布圖，橫．坐標(biāo)為頻率，縱坐標(biāo)為功??率頻譜密度。閣３－５（ａ）為０．?１２Ｃｘ處Ｍ跡脫落頻譜密度圖，由圖可知尾跡脫落頻率為７５Ｈｚ??時(shí)功率頻譜密度最火，靜葉尾跡出現(xiàn)明顯分離現(xiàn)象，之后又出現(xiàn)１２５Ｈｚ和２２５Ｈｚ的脫落頻??率，三荇之間存在倍頻關(guān)系，雖然各個(gè)界面的頻譜密度不同似是這樣的倍頻關(guān)系普遍存在。??由圖可以看出，功率頻譜密度會隨著尾緣方向逐漸增大，并且在接近尾緣處時(shí)達(dá)到最大，??這說明靜葉尾跡在經(jīng)過周期性的增強(qiáng)和衰減之后，對尾緣附近的氣動性能影響較大，這是??因?yàn)樯嫌戊o葉尾跡在通過尾緣時(shí)加速了尾緣的流體移動，增加了二次流的湍動能，而且重??新構(gòu)造部分主流的流動結(jié)構(gòu)，并且由Ｐ尾緣附近流動結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通道內(nèi)的渦量分布不規(guī)則，??所以越接近尾緣流體攜帶的能量越大，從而導(dǎo)致尾緣處的氣動性能不穩(wěn)定。由圖３－５（ｄ），??３－５（ｅ）來看，最大頻譜密度Ｍ現(xiàn)倍數(shù)增Ｋ：，說明此刻流體攜帶的能量出現(xiàn)急劇升高，靜壓脈??動明顯，葉柵通道不穩(wěn)定性升高。圖３－５（ｆ）中在第一個(gè)尾跡脫落

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]上游尾跡對高負(fù)荷低壓渦輪非定常氣動性能的影響[J]. 屈驍,張燕峰,盧新根,朱俊強(qiáng).  工程熱物理學(xué)報(bào). 2019(09)
[2]高負(fù)荷透平葉片流動機(jī)理及湍流特性研究[J]. 卞修濤,林敦,蘇欣榮,袁新.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2019(08)
[3]非設(shè)計(jì)狀態(tài)下尾跡輸運(yùn)對高負(fù)荷低壓渦輪附面層的影響[J]. 瞿紅春,譚天榮,郭君德,陳天銘,吳興爽,孫爽.  推進(jìn)技術(shù). 2019(09)
[4]高壓透平導(dǎo)葉尾跡渦的發(fā)展與機(jī)理分析[J]. 林敦,蘇欣榮,袁新.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2018(02)
[5]基于DDES的跨聲速導(dǎo)葉中激波與邊界層干涉機(jī)理研究[J]. 卞修濤,林敦,蘇欣榮,袁新.  推進(jìn)技術(shù). 2017(10)
[6]跨音透平中激波與邊界層、尾跡干涉機(jī)理研究[J]. 卞修濤,林敦,蘇欣榮,袁新.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2017(05)
[7]尾跡對渦輪葉柵邊界層轉(zhuǎn)捩的影響[J]. 李虹楊,鄭赟.  推進(jìn)技術(shù). 2017(03)
[8]高壓透平導(dǎo)葉的DDES模擬[J]. 林敦,蘇欣榮,袁新.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2016(10)
[9]動靜干涉對渦輪轉(zhuǎn)子葉片氣膜冷卻的影響[J]. 李虹楊,鄭赟.  北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2016(01)
[10]非定常尾跡寬度對動葉傳熱影響的數(shù)值研究[J]. 張玲,汪山入,祝健,徐健翔.  中國電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2014(35)

博士論文
[1]高負(fù)荷渦輪端區(qū)非定常流動機(jī)理及損失控制研究[D]. 魏佐君.西北工業(yè)大學(xué) 2016
[2]非定常尾跡對氣膜冷卻影響的研究[D]. 蔣雪輝.中國科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所） 2004

碩士論文
[1]上游尾跡對氣膜冷卻影響的研究[D]. 印洲.南京航空航天大學(xué) 2016



本文編號：3123810