变几何平面叶栅试验研究及数值模拟

论文摘要

随着燃气轮机技术的不断进步,变几何涡轮由于在部分负荷下具有较高的热效率、低油耗等优点,已经在各个领域得到了很好的发展。因此,变几何涡轮性能及流场的研究就显得非常必要。为了研究变几何涡轮的性能,本文首先建立了变几何平面叶栅试验台,对变几何平面叶栅进行了试验研究。试验测量了不同安装角下叶栅气动参数的变化规律,详细分析了变几何对平面叶栅流场及损失的影响。在变几何平面叶栅试验的基础上,本文还使用数值模拟软件NUMECA对叶栅变几何后的流场进行数值模拟。通过与试验结果的对比,首先验证了计算方法的可靠性,并在此基础上详细计算了变几何平面叶栅的流场规律。分析了变几何叶栅端部间隙的形成以及发展规律,研究了叶栅顶部流线变化,以及沿流道方向不同截面速度分布。论文最后分析了变几何叶栅内部各种损失的变化规律。将试验结果、数值模拟结果与三种经典损失模型(Ainley&Mathieson模型、Dunham&Came模型和Kacker&Okapuu模型)的预测结果进行了对比,从数值上对变几何平面叶栅的各种损失进行了研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 变几何涡轮研究背景
• 1.2 变几何涡轮的发展及其应用
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 变几何平面叶栅试验台设计
• 2.1 试验台的建立
• 2.2 试验叶栅
• 2.2.1 试验叶栅的参数
• 2.2.2 叶栅变几何的设计
• 2.3 试验的测量设备
• 2.3.1 三孔探针
• 2.3.2 压力扫描阀
• 2.3.3 三维自动走位坐标架
• 2.4 风洞出口气流品质测量
• 2.5 叶栅出口测量面的选择
• 2.6 测量点的分布
• 2.7 本章小结
• 第三章 变几何平面叶栅试验结果分析
• 3.1 叶栅表面静压系数
• 3.1.1 叶栅表面静压系数定义
• 3.1.2 变几何平面叶栅表面静压系数分布
• 3.2 叶栅出口总压损失系数分布
• 3.2.1 出口总压损失系数定义
• 3.2.2 变几何平面叶栅出口总压损失系数分布
• 3.3 叶栅出口气流角分布
• 3.4 本章小结
• 第四章 变几何平面叶栅数值模拟
• 4.1 变几何平面叶栅数值计算方法
• 4.1.1 NUMECA 介绍
• 4.1.2 数值计算方法
• 4.2 数值计算条件
• 4.2.1 计算模型和网格
• 4.2.2 计算湍流模型的选择
• 4.2.3 数值计算边界条件的确定
• 4.3 数值计算结果
• 4.3.1 叶片表面静压分布
• 4.3.2 叶栅出口截面总压损失系数的分布
• 4.3.3 叶栅出口气流角分布
• 4.4 0°转角下不同高度总压损失系数和出口气流角分布
• 4.5 不同转角下气动参数试验和计算对比
• 4.6 本章小结
• 第五章 变几何平面叶栅流场及损失分析
• 5.1 数值计算流场分布
• 5.1.1 叶栅顶部间隙涡的形成过程
• 5.1.2 叶栅顶部流线图
• 5.1.3 流道截面速度场分布
• 5.2 变几何叶栅各种损失分布
• 5.2.1 变几何叶栅损失组成
• 5.2.2 A-M、D-C 和 K-0 三种损失模型介绍
• 5.2.3 试验结果、数值计算结果与三种损失模型预测结果比较
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 致谢