变马赫数下大焓降叶片气动性能的数值研究

论文摘要

深入认识和了解大焓降叶栅的内的流动特点和气动性能对设计开发下一代燃气轮机和先进的汽轮机有重要的意义,本文从进口马赫数入手,研究和分析进口马赫数增大对大焓降叶片的气动性能的影响。本文选择已有详细试验数据的大焓降静叶、动叶叶栅作为数值模拟的模型,使用CFD数值计算软件ANSYS CFX进行试验条件下的大焓降静叶叶栅和动叶叶栅的数值模拟,通过对比数值计算的结果和试验结果对计算软件进行校核。校核结果显示,数值模拟计算结果与试验结果吻合良好。本文使用ANSYS CFX软件对大焓降静叶和动叶叶栅分别进行了的-10°、0°、10°三个冲角的0.1至0.8八个进口马赫数工况的数值模拟,并对数值计算的结果处理分析。模拟结果显示,进口马赫数对大焓降叶片气动性能的影响是多方面的。本文从叶栅的漩涡区域位置和大小、马蹄涡的压力面分支和吸力面分支的形态变化、叶表静压等值线分布、叶型静压系数沿叶型的分布、总压损失沿叶高分布、流动损失轴向分布六个方面分析和研究进口马赫数增大对大焓降叶片的气动性能的影响。进口马赫数的增大使大焓降静叶和动叶的压力面和吸力面的三维流动区有一定幅度的减小,在一定程度上抑制了叶栅内的二次流动。吸力面、压力面上漩涡区域和轴向流动损失曲线显示从0.3马赫开始减弱,在0.4马赫数以后较为明显。这与叶栅通道内声速区产生的临界进口马赫数0.3吻合,说明了叶栅中激波系结构对通道内的端壁区三维流动有改善作用。马赫数的增大对上下端壁马蹄涡涡核位置影响较小,对马蹄涡压力面分支、吸力面分支汇合以及进入吸力面位置有影响。马赫数的增大对吸力面和压力面的等值线分布区域和形状影响较小,仅影响叶片表面静压梯度的大小。不同马赫数对叶型静压系数沿叶型的分布没有明显可见的影响。进口气流角相同时,随着进口马赫数的递增大焓降动叶的总压损失下降;进口马赫数相同时,随着冲角的增大总压损失有增大趋势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 叶轮机械叶栅内的损失
• 1.2.1 叶型损失
• 1.2.2 二次流损失
• 1.3 弯扭掠叶片
• 1.4 大焓降叶片概述
• 1.5 激波对涡轮叶栅流动的影响
• 1.6 本论文的主要工作
• 第2章 数值方法
• 2.1 引言
• 2.2 数值模拟软件
• 2.2.1 ANSYS CFX软件介绍
• 2.2.2 前处理
• 2.2.3 求解器
• 2.2.4 后处理
• 2.3 数值模拟程序校核
• 2.3.1 大焓降叶栅试验简介
• 2.3.2 大焓降静叶和动叶的数值模拟方法
• 2.3.3 大焓降静叶的数值计算结果与试验结果比较
• 2.3.4 大焓降动叶的数值计算结果与试验结果比较
• 2.4 本章小结
• 第3章 大焓降静叶气动性能的数值研究
• 3.1 引言
• 3.2 马赫数对静叶壁面极限流线的影响
• 3.3 马赫数对叶片表面静压等值线分布的影响
• 3.4 马赫数对静压系数沿叶型的分布的影响
• 3.5 马赫数对节距平均总压损失沿叶高分布的影响
• 3.6 马赫数对静叶轴向流动损失的影响
• 3.7 马赫数对静叶总压损失的影响
• 3.8 本章小结
• 第4章 大焓降动叶气动性能的数值研究
• 4.1 引言
• 4.2 马赫数对动叶壁面极限流线的影响
• 4.3 马赫数对表面静压等值线分布的影响
• 4.4 马赫数对静压系数沿叶形的分布的影响
• 4.5 马赫数对节距平均总压损失沿叶高分布的影响
• 4.6 马赫数对动叶轴向流动损失的影响
• 4.7 马赫数对动叶总压损失的影响
• 4.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢