本文關(guān)鍵詞：超高負(fù)荷低壓渦輪葉片邊界層分離與轉(zhuǎn)捩控制研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：通過高負(fù)荷葉型設(shè)計(jì)減少低壓渦輪葉片數(shù)目是減輕低壓渦輪重量、提高發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的一種有效途徑。然而隨著低壓渦輪葉片負(fù)荷的提高,尤其是當(dāng)?shù)蛪簻u輪工作于高空低雷諾數(shù)環(huán)境下時(shí),葉片吸力面的邊界層極易分離,導(dǎo)致葉型損失急劇增加,低壓渦輪效率下降。利用上游尾跡掃掠能夠在一定程度上抑制渦輪葉片吸力面的分離,然而隨著葉片負(fù)荷水平的進(jìn)一步提高(Zweifel數(shù)1.4以上),即使引入了上游尾跡的掃掠作用,超高負(fù)荷低壓渦輪葉片上仍然不可避免地存在著流動(dòng)分離。在這種情況下,認(rèn)識(shí)上游尾跡的周期性掃掠對(duì)超高負(fù)荷低壓渦輪葉片吸力面邊界層分離及轉(zhuǎn)捩過程的影響機(jī)制,探討表面被動(dòng)控制手段對(duì)超高負(fù)荷低壓渦輪葉片性能及邊界層特性的影響,同時(shí)借助二者的耦合作用最大限度抑制超高低壓渦輪內(nèi)部流動(dòng)分離,降低葉型損失,是超高負(fù)荷低壓渦輪設(shè)計(jì)亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。本文針對(duì)該問題,開展了如下研究： (1)定常來流下超高負(fù)荷低壓渦輪葉片邊界層流動(dòng)控制研究。以典型的前加載超高負(fù)荷低壓渦輪葉片(Zweifel數(shù)為1.4)為研究對(duì)象,借助數(shù)值模擬手段研究了表面局部粗糙度、拌線、矩形條、弧形槽等幾種表面被動(dòng)控制方式對(duì)低壓渦輪葉片邊界層特性影響及其作用機(jī)理,詳細(xì)對(duì)比了不同流動(dòng)控制方式對(duì)超高負(fù)荷低壓渦輪葉片邊界層流動(dòng)分離控制的效果,反復(fù)優(yōu)化獲得了表面被動(dòng)控制的最佳加載位置；在此基礎(chǔ)上,針對(duì)控制效果最好的弧形槽流動(dòng)控制方法為研究對(duì)象,在不同雷諾數(shù)下對(duì)弧形槽的深寬比進(jìn)行優(yōu)化,將低雷諾數(shù)時(shí)的總壓損失降低了33%,揭示了弧形槽對(duì)邊界層內(nèi)粘性不穩(wěn)定性的作用機(jī)理。 (2)基于尾跡掃掠下的超高負(fù)荷低壓渦輪葉片邊界層被動(dòng)控制研究。同樣以前加載超高負(fù)荷低壓渦輪葉片(Zweifel數(shù)為1.4)為研究對(duì)象,用平行于葉柵的等間距的圓棒來模擬周期性的尾跡掃掠,研究了超高負(fù)荷低壓渦輪葉片尾跡誘導(dǎo)轉(zhuǎn)捩的機(jī)理和邊界層的演化特征；在此基礎(chǔ)上,為進(jìn)一步減小葉型損失,開展了上游尾跡掃掠下超高負(fù)荷低壓渦輪葉片表面被動(dòng)控制研究,詳細(xì)分析了上游尾跡掃掠下不同表面控制方式的作用效果,在弧形槽的控制方式下將非定常來流下低雷諾數(shù)時(shí)的葉型損失降低了9.5%；為了模擬發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪內(nèi)部的真實(shí)流動(dòng)狀況,揭示了不同來流雷諾數(shù)、自由來流湍流強(qiáng)度時(shí)弧形槽對(duì)擾動(dòng)速度逆向渦的影響及弧形槽在尾跡掃掠周期內(nèi)對(duì)邊界層內(nèi)部和自由剪切層中的轉(zhuǎn)捩過程的作用機(jī)理。
【關(guān)鍵詞】：超高負(fù)荷低壓渦輪葉片 上游尾跡掃掠 被動(dòng)控制 低雷諾數(shù) 層流分離泡
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TK403
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 第一章 緒論16-31
• 1.1 研究背景及意義16-18
• 1.2 邊界層的分離與轉(zhuǎn)捩18-23
• 1.2.1 邊界層的分離18-20
• 1.2.2 邊界層的轉(zhuǎn)捩20-23
• 1.3 周期性尾跡與邊界層的相互作用23-26
• 1.3.1 葉柵通道內(nèi)非定常尾跡的對(duì)流機(jī)制23-25
• 1.3.2 尾跡誘導(dǎo)轉(zhuǎn)捩25-26
• 1.4 邊界層的分離與轉(zhuǎn)捩控制26-29
• 1.4.1 定常來流下的分離與轉(zhuǎn)捩控制27-28
• 1.4.2 周期性尾跡下的分離與轉(zhuǎn)捩控制28-29
• 1.5 本文的研究目標(biāo)和內(nèi)容29-31
• 1.5.1 研究目的29
• 1.5.2 研究問題29-30
• 1.5.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容30-31
• 第二章 數(shù)值計(jì)算方法與計(jì)算結(jié)果的確認(rèn)31-48
• 2.1 引言31-32
• 2.2 耦合轉(zhuǎn)捩模型的RANS方法32-40
• 2.2.1 RANS數(shù)值方法介紹32-33
• 2.2.2 Langtry-Menter轉(zhuǎn)捩模型33-38
• 2.2.3 SST k-ω湍流模型38-40
• 2.3 數(shù)值計(jì)算結(jié)果的確認(rèn)40-47
• 2.3.1 研究對(duì)象40
• 2.3.2 數(shù)據(jù)處理方法40-41
• 2.3.3 定常計(jì)算結(jié)果的實(shí)驗(yàn)考核41-44
• 2.3.4 非定常計(jì)算結(jié)果的實(shí)驗(yàn)考核44-47
• 2.4 本章小結(jié)47-48
• 第三章 定常來流下超高負(fù)荷低壓渦輪葉片邊界層流動(dòng)控制48-72
• 3.1 不同方式的邊界層被動(dòng)控制研究48-57
• 3.1.1 不同加載位置的控制效果50-51
• 3.1.2 不同表面被動(dòng)控制的控制效果51-52
• 3.1.3 不同表面被動(dòng)控制的作用機(jī)理研究52-57
• 3.2 不同來流工況下弧形槽的作用機(jī)理研究57-70
• 3.2.1 不同深寬比下弧形槽的控制效果57
• 3.2.2 不同來流雷諾數(shù)下弧形槽的控制效果57-63
• 3.2.3 自由來流湍流區(qū)強(qiáng)度的影響及機(jī)理分析63-70
• 3.3 本章小結(jié)70-72
• 第四章 周期性尾跡掃掠下的邊界層特性研究72-88
• 4.1 周期性尾跡來流條件下的邊界層演化特征72-74
• 4.2 周期性尾跡來流條件不同雷諾數(shù)時(shí)邊界層的分離轉(zhuǎn)捩機(jī)理研究74-83
• 4.2.1 雷諾數(shù)對(duì)總壓損失系數(shù)的影響74-75
• 4.2.2 Re=25000時(shí)邊界層的發(fā)展及尾跡誘導(dǎo)轉(zhuǎn)捩機(jī)理分析75-79
• 4.2.3 Re=50000時(shí)邊界層的發(fā)展及尾跡誘導(dǎo)轉(zhuǎn)捩機(jī)理分析79-83
• 4.3 提高自由來流湍流強(qiáng)度對(duì)邊界層發(fā)展的影響及機(jī)理分析83-86
• 4.4 本章小結(jié)86-88
• 第五章 尾跡掃掠下超高負(fù)荷低壓渦輪葉片邊界層被動(dòng)控制研究88-107
• 5.1 周期性尾跡掃掠下被動(dòng)控制的數(shù)值模擬88-89
• 5.2 周期性尾跡耦合弧形槽控制下邊界層的演化特征89-92
• 5.3 不同來流雷諾數(shù)下周期性尾跡耦合弧形槽對(duì)邊界層發(fā)展的影響及機(jī)理研究92-98
• 5.3.1 雷諾數(shù)對(duì)總壓損失系數(shù)的影響92
• 5.3.2 Re=25000時(shí)邊界層的發(fā)展及轉(zhuǎn)捩機(jī)理分析92-95
• 5.3.3 Re=50000時(shí)邊界層的發(fā)展及轉(zhuǎn)捩機(jī)理分析95-98
• 5.4 提高自由來流湍流強(qiáng)度時(shí)邊界層的發(fā)展及轉(zhuǎn)捩機(jī)理分析98-101
• 5.5 拌線SW32控制方式下邊界層的發(fā)展及轉(zhuǎn)捩機(jī)理分析101-105
• 5.6 本章小結(jié)105-107
• 第六章 結(jié)論與展望107-111
• 6.1 主要研究結(jié)論107-109
• 6.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)109-110
• 6.3 工作展望110-111
• 參考文獻(xiàn)111-117
• 附錄117-123
• 發(fā)表論文123-124
• 致謝124

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張玉倫;王光學(xué);孟德虹;王運(yùn)濤;;γ-Re_θ轉(zhuǎn)捩模型的標(biāo)定研究[J];空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào);2011年03期

  本文關(guān)鍵詞：超高負(fù)荷低壓渦輪葉片邊界層分離與轉(zhuǎn)捩控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：386871