分布式能源系統(tǒng)的廣泛推廣使得高效微型燃?xì)廨啓C(jī)研制顯得格外重要,而渦輪效率提升對提高微型燃?xì)廨啓C(jī)效率有顯著影響。背部間隙泄漏損失作為渦輪氣動損失重要組成部分,研究影響泄漏損失因素及減少背部間隙泄漏損失的方法具有較大的意義。本文以某100kW燃?xì)廨啓C(jī)的開式向心渦輪作為研究對象,通過對葉片背部間隙以及輪盤背部間隙的研究,主要完成以下工作:1.通過分析開式向心渦輪葉片背部間隙泄漏流場,闡述泄漏渦產(chǎn)生原因,獲得背部間隙大小對泄漏損失的影響規(guī)律。2.通過對葉片背部小翼結(jié)構(gòu)以及凹槽結(jié)構(gòu)的研究,找到凹槽和小翼結(jié)構(gòu)對背部泄漏損失影響規(guī)律。3.基于凹槽和小翼兩種結(jié)構(gòu)形式,通過對凹槽形狀、大小、深度等設(shè)計參數(shù)優(yōu)化,降低開式向心渦輪背部泄漏損失。4.建立壓氣機(jī)、渦輪以及兩者之間空腔的CFD模型,研究空腔結(jié)構(gòu)變化以及變工況條件下空腔內(nèi)泄漏流量變化規(guī)律。通過以上研究工作,主要得到以下結(jié)論:1.開式向心渦輪葉片背部泄漏流在吸力面輪轂區(qū)域形成的旋渦結(jié)構(gòu)是造成渦輪效率下降的重要原因。2.開式向心渦輪中采用合適的凹槽能有效提升效率,其中梯形-梯形凹槽結(jié)構(gòu)形式最佳,配合小翼結(jié)構(gòu)能將效率提高1.1%。3.凹槽深度和大小會顯著... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院工程熱物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

CapstoneC65結(jié)構(gòu)形式圖

開式向心渦輪背部間隙流動分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化??圖１．２?美國Ｈｏｎｙｗｅ丨１公司的ＡＰＵ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?ＡＰＵ?ｆｒｏｍ?Ｈｏｎｙｗｅｌｌ?ｉｎ?Ａｍｅｒｉｃａ??因?yàn)橄蛐臏u輪葉尖轉(zhuǎn)速高，使得渦輪進(jìn)口葉根處離心力大，同時渦輪進(jìn)口溫??度不斷提升，導(dǎo)致向心渦輪在進(jìn)口葉根處的強(qiáng)度問題尤為突出［８］，成為制約向心??渦輪強(qiáng)度設(shè)計的瓶頸。為降低進(jìn)口葉根處應(yīng)力，目前微小型燃?xì)廨啓C(jī)通常采用幵??式向心渦輪［９］。圖１．３為常規(guī)向心渦輪與開式向心渦輪幾何結(jié)構(gòu)形式的對比，由??圖可知，與常規(guī)向心渦輪相比，開式向心渦輪削去向心渦輪進(jìn)口葉根處的輪盤。??因此，國外也將開式向心渦輪稱為深度扇形向心渦輪。開式向心渦輪這一結(jié)構(gòu)變??化，能減少轉(zhuǎn)子重量，使得輪盤離心力大幅度降低，進(jìn)而降低葉片根部應(yīng)力和應(yīng)??變大小

度不斷提升，導(dǎo)致向心渦輪在進(jìn)口葉根處的強(qiáng)度問題尤為突出［８］，成為制約向心??渦輪強(qiáng)度設(shè)計的瓶頸。為降低進(jìn)口葉根處應(yīng)力，目前微小型燃?xì)廨啓C(jī)通常采用幵??式向心渦輪［９］。圖１．３為常規(guī)向心渦輪與開式向心渦輪幾何結(jié)構(gòu)形式的對比，由??圖可知，與常規(guī)向心渦輪相比，開式向心渦輪削去向心渦輪進(jìn)口葉根處的輪盤。??因此，國外也將開式向心渦輪稱為深度扇形向心渦輪。開式向心渦輪這一結(jié)構(gòu)變??化，能減少轉(zhuǎn)子重量，使得輪盤離心力大幅度降低，進(jìn)而降低葉片根部應(yīng)力和應(yīng)??變大小，提局禍輪工作壽命。??（ａ）常規(guī)向心渦輪?（ｂ）開式向心渦輪??圖１．３開式向心渦輪與常規(guī)向心渦輪的幾何對比圖??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｃｏｎｔｒａｓｔ：?（ａ）?ｒａｄｉａｌ?ｔｕｒｂｉｎｅｓ；??（ｂ）?ｄｅｅｐｌｙ?ｓｃａｌｌｏｐｅｄ?ｒａｄｉａｌ?ｔ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]開式向心渦輪背部結(jié)構(gòu)對效率的影響[J]. 雷開銀,劉錫陽,董學(xué)智,高慶,譚春青.  燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù). 2018(01)
[2]某小型渦輪不同篦齒封嚴(yán)結(jié)構(gòu)性能分析[J]. 石書成,董學(xué)智,劉錫陽,高慶,陳海生,譚春青.  燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù). 2015(01)
[3]翼梢小翼對渦輪間隙泄漏流動影響的數(shù)值研究[J]. 王大磊,邵伏永,郭昊雁,王維明.  推進(jìn)技術(shù). 2014(03)
[4]適用于車輛動力的微小型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)[J]. 沈燁.  農(nóng)業(yè)科技與裝備. 2012(11)
[5]高壓渦輪冷卻葉片葉頂結(jié)構(gòu)氣動與傳熱[J]. 虞跨海,楊茜,岳珠峰.  推進(jìn)技術(shù). 2012(02)
[6]渦輪輪轂封嚴(yán)冷氣對主流影響實(shí)驗(yàn)研究[J]. 唐曉娣,劉火星,鄒正平.  燃?xì)鉁u輪試驗(yàn)與研究. 2008(04)
[7]輪轂封嚴(yán)氣體對高壓渦輪二次流動的影響[J]. 周楊,牛為民,鄒正平,劉火星,李維.  推進(jìn)技術(shù). 2006(06)
[8]分布式能源系統(tǒng)與微型燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 杜建一,王云,徐建中.  工程熱物理學(xué)報. 2004(05)
[9]先進(jìn)微型燃?xì)廨啓C(jī)的特點(diǎn)與應(yīng)用前景[J]. 翁一武,蘇明,翁史烈.  熱能動力工程. 2003(02)
[10]微型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)[J]. 楊策,劉宏偉,李曉,買靖東.  熱能動力工程. 2003(01)

博士論文
[1]開式向心渦輪背部間隙流的研究[D]. 何平.中國科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所） 2012
[2]小型燃?xì)廨啓C(jī)傳熱效應(yīng)研究[D]. 龔建波.中國科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所） 2009



本文編號：3292633