低雷诺数低压涡轮气动性能分析

论文摘要

低压涡轮是航空发动机的重要组成部分,多级的低压涡轮融汇了先进的空气动力学和机械设计特性。低压涡轮的重量占到整个航空发动机总重量的1/3,是决定总成本的一个重要部分。低压涡轮作为航空发动机的重要部件,其性能的改进对发动机整体性能的提高有着至关重要的影响。低压涡轮在高空低雷诺数条件下运行,受低雷诺数条件影响较大,在低雷诺数条件下效率有所降低。在巡航条件下的低压涡轮是在0.8×105到3.0×105的低雷诺数工作,气体在涡轮叶片表面的雷诺数甚至可以达到105以下。这时的叶片后面的扩散可能会导致附面层很厚,使得低压涡轮的性能减弱。本文对某型航空发动机低压涡轮末级进行了不同雷诺数条件下的计算分析,对比了不同雷诺数条件下该级涡轮的气动性能。通过计算分析,可以看出,高雷诺数条件相比,在低雷诺数条件下,低压涡轮效率明显降低,损失增大,负荷降低,附面层变厚,马蹄涡、通道涡损失增加。本文还对该级涡轮进行了在不同马赫数下、不同雷诺数下的计算分析,主要分析了能量损失、叶片表面静压分布、端壁极限流线、激波和附面层相互作用等气动现象。可以看出,在同马赫数、不同雷诺数条件下,低雷诺数损失都升高,超音速条件下,激波与附面层作用明显。本文还对在低雷诺数条件下如何提高低压涡轮效率进行了理论分析,并做了周向积叠优化。通过分析可以看出,采用弯叶片积叠,能够有效降低损失。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 低压涡轮的特点
• 1.3 国内外在该方向的研究现状及分析
• 1.3.1 低压涡轮目前的研究状况
• 1.3.2 低雷诺数对低压涡轮叶片边界层及设计思路的影响
• 1.3.3 优化设计方法综述
• 1.3.4 目前低压涡轮设计中的一些问题
• 1.4 本论文主要研究内容和目的
• 第2章 低压涡轮低雷诺数三维粘流计算方法与验证
• 2.1 引言
• 2.2 实验验证叶片的分析
• 2.2.1 实验验证叶片的选择
• 2.2.2 计算用湍流模型的选择
• 2.2.3 计算用转捩模型的选择
• 2.3 本章小结
• 第3章 雷诺数改变对低压涡轮气动性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 计算对象和数值方法
• 3.3 计算结果分析
• 3.3.1 总体参数分析
• 3.3.2 一维参数与准三维参数分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 不同马赫数对低雷诺数低压涡轮的影响
• 4.1 引言
• 4.2 出口马赫数为1 工况下，不同雷诺数性能分析
• 4.2.1 计算条件
• 4.2.2 能量损失系数
• 4.2.3 叶片表面静压分布
• 4.2.4 端壁极限流线
• 4.2.5 中径马赫数等值线
• 4.3 出口马赫数为1.2 工况下，不同雷诺数性能分析
• 4.3.1 计算条件
• 4.3.2 能量损失系数
• 4.3.3 叶片表面静压分布
• 4.3.4 端壁极限流线
• 4.3.5 中径马赫数等值线
• 4.4 不同马赫数下气动性能比较
• 4，不同马赫数气动性能'>4.4.1 Re=3.5×10⁴，不同马赫数气动性能
• 5，不同马赫数气动性能'>4.4.2 Re=3.5×10⁵，不同马赫数气动性能
• 6，不同马赫数气动性能'>4.4.3 Re=3.5×10⁶，不同马赫数气动性能
• 4.5 本章小结
• 第5章 低雷诺数低压涡轮提高效率的方法及优化
• 5.1 引言
• 5.2 提高雷诺数减少叶栅损失
• 5.3 低雷诺数条件下减少损失的研究
• 5.3.1 弯叶片优化
• 5.3.2 低压涡轮静叶片积叠优化分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢