本文關鍵詞：葉型預旋噴嘴流動特性數(shù)值計算及實驗研究

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【摘要】：預旋噴嘴的主要功能是加速和偏轉進入渦輪轉子葉片的冷卻氣流,進而降低氣流的相對總溫。葉片式預旋噴嘴是目前公認性能優(yōu)異的預旋噴嘴,而在整環(huán)的噴嘴盤設計中,當噴嘴總面積、預旋角度、噴嘴數(shù)目和半徑位置確定后,噴嘴葉高和柵距就固定下來,往往因為葉高與柵距的比值(無量綱葉高)過小而降低噴嘴性能。本文在葉片式噴嘴基礎上提出了一種能夠調整噴嘴葉高到恰當值的新型預旋噴嘴---葉孔式預旋噴嘴。首先采用數(shù)值模擬的方法深入對比研究了具有相同型線和預旋角度(10°)的葉孔式噴嘴與葉片式噴嘴的性能差異,二者除無量綱葉高外,其余無量綱參數(shù)完全一致,其中葉片式噴嘴無量綱葉高為0.177,葉孔式噴嘴無量綱葉高為0.5。為了考慮噴嘴下游預旋腔的摻混影響,計算域不僅包括靜止的進氣腔和噴嘴,還包括轉動的預旋腔和接受孔。在文中對預旋噴嘴進行了熵增和熵產(chǎn)分析,并研究了噴嘴數(shù)目、噴嘴下游轉動與否、噴嘴弧形與否、噴嘴尺寸放大等因素對噴嘴性能的影響。隨后對兩種噴嘴的流量系數(shù)進行了實驗測量,并將數(shù)值結果與實驗結果進行對比。最后,將氣動參數(shù)壓比和雷諾數(shù)分離開,采用數(shù)值方法研究單一因素對噴嘴性能的影響。數(shù)值研究表明,葉孔式噴嘴由于可以靈活地調整噴嘴無量綱葉高,使其端壁損失減小,加速和偏轉性能均好于葉片式噴嘴。壓比1.5時葉孔式預旋噴嘴的流量系數(shù)可以達到0.943,比葉片式噴嘴的0.864高9.14%。葉孔式噴嘴預旋效率可以達到0.94,比葉片式噴嘴的0.9高4.44%。同時葉孔式預旋噴嘴還具有在預旋腔內摻混損失小的優(yōu)點。通過熵分析,可以清楚的看到損失大小及產(chǎn)生不可逆損失的具體位置,有利于噴嘴結構的進一步優(yōu)化。增加噴嘴數(shù)目有正反兩個方面影響,總的來看,數(shù)目增多對噴嘴性能影響不大。噴嘴下游轉動與否、噴嘴弧形與否、噴嘴尺寸放大對噴嘴性能的影響均在2%以內。在噴嘴實驗中,通過對實驗件關鍵尺寸的測量和對流量計、壓力表的校準修正,可以大大降低系統(tǒng)誤差,提高實驗精度。誤差分析表明,本實驗中流量系數(shù)的測量精度在1.5%以內。噴嘴數(shù)值結果與實驗結果符合良好,壓比1.3~2.1范圍內最大偏差在3.85%以內。噴嘴流量系數(shù)和預旋效率均隨雷諾數(shù)增大先增大后基本不變,隨壓比變化基本不變。在這種流量系數(shù)很高的情況下,當主流區(qū)域的流動損失不再是主要損失來源時,端壁二次流及黏性損失的影響將占主導地位。
【關鍵詞】：預旋系統(tǒng) 預旋噴嘴 葉型 流量系數(shù) 預旋效率 數(shù)值模擬 實驗
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V231
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 主要符號說明9-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3 主要內容及創(chuàng)新點16-19
• 1.3.1 本文主要研究內容16-17
• 1.3.2 本文創(chuàng)新點17-19
• 第二章 預旋系統(tǒng)工作原理19-29
• 2.1 預旋系統(tǒng)結構19-20
• 2.2 預旋系統(tǒng)降溫原理20-23
• 2.2.1 旋轉盤腔的動量矩方程20-21
• 2.2.2 旋轉盤腔的能量方程21-22
• 2.2.3 預旋系統(tǒng)溫降22-23
• 2.3 參數(shù)定義23-29
• 第三章 計算模型與計算方法29-35
• 3.1 噴嘴結構及幾何參數(shù)29-31
• 3.2 計算模型31-33
• 3.3 計算方法與邊界條件33-35
• 第四章 葉型預旋噴嘴流動特性數(shù)值研究35-59
• 4.1 兩種葉型噴嘴對比分析35-44
• 4.1.1 流場分析35-36
• 4.1.2 出口氣流特性分析36-39
• 4.1.3 流量系數(shù)39-40
• 4.1.4 預旋效率40
• 4.1.5 旋轉比40-42
• 4.1.6 熵分析42-44
• 4.2 噴嘴數(shù)目對噴嘴性能的影響44-51
• 4.2.1 葉片式噴嘴數(shù)目的影響44-48
• 4.2.2 葉孔式噴嘴數(shù)目的影響48-51
• 4.3 模型簡化對噴嘴性能的影響51-57
• 4.3.1 下游轉動件對噴嘴性能的影響51-53
• 4.3.2 葉柵弧形與否對噴嘴性能的影響53-54
• 4.3.3 尺寸放大對噴嘴性能的影響54-56
• 4.3.4 發(fā)動機噴嘴與實驗件噴嘴對比56-57
• 4.4 小結57-59
• 第五章 葉型預旋噴嘴流量系數(shù)實驗研究59-81
• 5.1 參數(shù)定義59-61
• 5.2 實驗設備61-66
• 5.2.1 實驗臺結構61-62
• 5.2.2 實驗件加工及尺寸測量62-66
• 5.3 實驗測量方法66-69
• 5.3.1 測點布置及測量儀表66-67
• 5.3.2 測量儀表校準67-69
• 5.4 實驗誤差分析69-72
• 5.5 實驗結果分析72-74
• 5.5.1 實驗工況72
• 5.5.2 實驗結果72-74
• 5.6 與數(shù)值計算對比74-78
• 5.6.1 計算模型與計算方法74-75
• 5.6.2 計算結果與實驗結果對比75-78
• 5.7 小結78-81
• 第六章 氣動參數(shù)對噴嘴性能的影響81-87
• 6.1 Re的影響81-83
• 6.1.1 Re對落后角的影響81
• 6.1.2 Re對流量系數(shù)的影響81-82
• 6.1.3 Re對預旋效率的影響82-83
• 6.2 壓比的影響83-84
• 6.2.1 壓比對落后角的影響83
• 6.2.2 壓比對流量系數(shù)的影響83-84
• 6.2.3 壓比對預旋效率的影響84
• 6.3 小結84-87
• 第七章 結論與展望87-89
• 7.1 結論87-88
• 7.2 進一步研究工作建議88-89
• 參考文獻89-93
• 發(fā)表論文93-95
• 致謝95-96

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本文編號：875583