基于S2流面的涡轮叶片设计方法研究

论文摘要

叶片是涡轮最重要的部件之一,良好的叶片设计是涡轮获得高效率和高性能的基础。本文首先应用子午面流线曲率法对设计流道进行分析,然后运用可控涡方法,获得S2m流面几何形状从而对叶片进行造型。最后,通过设计得到的叶身数据文件,利用NUMECA软件分析其性能并进行校核。设计计算过程采用C++语言编写程序进行。应用流线曲率法,在叶片排间隙中设置计算站,通过给定各叶片排出口环量分布,可以求得叶片进、出口流动参数以及涡轮级性能参数。在此过程中,可以对环量进行调整直到多级涡轮叶片与流道的匹配达到最佳效果。由子午面几何参数以及环量分布,运用可控涡方法计算获得三维S2m流面及其上气动参数。然后,在S2m流面各截面加载叶片厚度,进而获得压力面、吸力面坐标完成叶片造型。由于在此过程中,同时考虑了几何和气动方面的影响,造型结果优于单纯几何造型。对计算获得的叶身几何数据按照要求格式输出,可直接利用NUMECA计算软件对所设计叶片进行验证分析。本文利用上述设计方法和设计思路,探索了一套切实可行的涡轮叶片设计与验证体系,并应用于三级涡轮叶片的设计计算分析。设计过程表明,在合理给定“可控涡”在流道内分布的情况下,该方法可高效完成涡轮叶片设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 开展涡轮叶片气动设计研究的意义
• 1.2 涡轮叶片气动设计方法发展状况
• 1.2.1 一元气动设计
• 1.2.2 准三维设计
• 1.2.3 全三维设计
• 1.3 国内外叶轮机正、反问题的研究状况
• 1.3.1 正问题
• 1.3.2 反问题
• 1.4 本课题的研究内容和研究方法
• 第二章 基本方程
• 2.1 基本气动方程的简化
• 2.2 沿任意曲线方向的速度梯度方程式
• 2.3 基本方程式的应用
• 2.4 “可控涡”方程
• 第三章 计算过程与分析
• 3.1 子午面通流设计方法
• 2 流面内流动分析与叶片设计'>3.2 S₂流面内流动分析与叶片设计
• 3.3 差分方程求解过程分析
• 3.3.1 几何系数求解
• 3.3.2 混合系数求解
• 3.4 速度梯度方程求解
• 3.4.1 准正交方法速度梯度方程求解
• 2 流面速度梯度方程求解'>3.4.2 叶片间隙内S₂流面速度梯度方程求解
• 3.5 流量的求解
• 3.5.1 沿准正交线（或计算站）方向流量的求解
• 3.5.2 流量偏差对速度的调整
• 3.5.3 流量的反插对流线的调整
• 3.6 气动参数求解
• 3.7 计算流程
• 3.7.1 初始计算参数的给定
• 3.7.2 计算求解过程
• 第四章 设计体系软件构架与实现
• 4.1 软件构架
• 4.1.1 点类
• 4.1.2 线类
• 4.1.3 面类
• 4.1.4 体
• 4.2 总体构架
• 4.3 各计算模块测试及算例分析
• 4.3.1 求导函数测试
• 4.3.2 求曲率函数测试
• 4.3.3 曲线弧长函数测试
• 4.3.4 流线光滑函数测试
• 4.3.5 龙格库塔法积分函数测试
• 4.3.6 主要计算迭代函数包测试
• 4.3.7 等面积剖分函数测试
• 第五章 通流计算算例分析
• 5.1 通流设计
• 5.2 损失模型
• 5.3 算例验证
• 第六章 基于“可控涡”的叶片设计算例分析
• 6.1 基于“可控涡”的叶片设计
• θ（可控涡）分布对叶片载荷和表面流速的影响'>6.1.1 rV_θ（可控涡）分布对叶片载荷和表面流速的影响
• θ（可控涡）分布的确定'>6.1.2 rV_θ（可控涡）分布的确定
• 6.2 叶身成型
• 6.3 叶片设计算例
• 第七章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录