端部开槽叶栅流场及强度分析

论文摘要

在叶轮机械的总损失中,二次流损失占了相当大的部分。在现代叶轮机械设计中,通过控制叶栅内部二次流动来减小损失,对于提高效率具有重要意义。各种为提高叶轮机械效率而采取的措施可能引起叶片的形状改变,由此带来的叶轮机械的强度问题越来越重要。首先,本文对某燃气轮机低压涡轮第一级进行了数值模拟,并在动叶顶部压力面到吸力面进行了几种不同形式和位置的开槽,使端壁处的压力面同吸力面贯通,并使气流沿吸力面吹入,以改变端部二次流动。本文对几种形式开槽的涡轮级流场进行了对比分析,分析了动叶顶部开槽对涡轮级效率和二次流损失的影响。其次,本文对静叶端部进行了吸力面到吸力面、压力面到吸力面两种形式的开孔,对开孔前后流场进行了比较,分析了静叶端部开孔对涡轮级效率和二次流损失的影响。再次,本文采用有限元数值模拟及流固耦合的方法,应用气动计算结果,对在气动力和离心力共同作用下的动叶片强度进行了分析,对比了开槽前后叶片强度的变化,讨论了开槽对叶片强度的影响。最后,本文对开槽前后动叶片进行了预应力模态分析,比较了开槽前后叶片的固有振型和频率的改变,为叶片的振动分析提供了参考依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 叶轮机械二次流损失综述
• 1.3 降低二次流损失的方法和途径
• 1.3.1 改善作功量的分布
• 1.3.2 改变通流部分几何形状
• 1.3.3 叶片的修型与端弯技术
• 1.3.4 机匣处理法
• 1.3.5 旋涡控制附面层法
• 1.3.6 采用弯扭叶片
• 1.3.7 附面层隔离法
• 1.3.8 附面层控制法
• 1.4 叶片强度研究方法
• 1.5 本文的主要工作内容
• 第2章 流场数值计算方法
• 2.1 引言
• 2.2 CFX软件简介
• 2.3 数值模拟方法
• 2.3.1 控制方程
• 2.3.2 湍流模型
• 2.3.3 计算网格
• 2.3.4 边界条件
• 2.4 本章小结
• 第3章 流场计算结果分析
• 3.1 引言
• 3.2 模型及网格
• 3.3 动叶开槽结果分析
• 3.3.1 开槽叶栅涡轮级效率的比较
• 3.3.2 动叶顶部表面静压分布
• 3.3.3 相同截面马赫数比较
• 3.3.4 叶片表面极限流线
• 3.3.5 总压损失系数
• 3.3.6 孔与槽的结果比较
• 3.4 静叶开槽结果分析
• 3.4.1 吸力面直线槽结果分析
• 3.4.2 压力面到吸力面曲线槽结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 有限元及流固耦合数值方法
• 4.1 弹性力学基本方程
• 4.2 位移解法
• 4.3 有限元方法
• 4.3.1 有限元法的基本原理
• 4.3.2 有限元法的分析过程
• 4.3.3 有限元法的程序实现
• 4.4 流固耦合方法
• 4.5 本章小结
• 第5章 有限元结果分析
• 5.1 引言
• 5.2 结果分析
• 5.2.1 变形结果分析
• 5.2.2 应力结果分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 预应力模态分析
• 6.1 引言
• 6.2 模态分析概述
• 6.3 预应力模态分析
• 6.4 结果分析
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢