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《對高負荷小流量渦輪氣動性能分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在工程資料-天天文庫。
1、飄應用技孜術不高負荷小流量渦輪氣動性能分析張伸展杜鑫(哈爾濱工業(yè)大學能源科學與工程學院)摘要：通過對渦軸發(fā)動機一列動葉片的原型葉片和高負荷葉片葉型對比以及對其一維、二維氣動參數(shù)和三維流場的分析，驗證了高負荷葉片能夠實現(xiàn)更高的負荷，并從流動機理方面分析高負荷葉片能量損失的來源，對削弱高負荷葉片的二次流損失提出建設性意見。關鍵詞：渦輪；動葉；高負荷；二次流；流場分析0引言1物理模型及數(shù)值模擬方法在現(xiàn)代航空領域，高負荷渦輪葉片因具有更高的1．1物理模型以及邊界條件負荷，大大提高了發(fā)動機的推重比，有很大的需求。本文研究的是某渦軸發(fā)動機的一列動葉片。葉片國外很多
2、研究人員對高負荷葉型的設計有深入研究。原型弦長0．0169m，相對截距0．7143；高負荷葉型弦美國NASAfPW在90年代開展的超高負荷渦輪葉柵長0．02281"11，相對截距0．9615。一維邊界條件如表1實驗與數(shù)值的研究L1J和日本航空宇航技術研究所開展所示。的超高負荷渦輪葉柵及超高負荷對轉渦輪的實驗研表1邊界條件究【2_3】均得出：高／超高負荷由于流動分離和氣動摻混，會造成較高的葉柵損失。參數(shù)參數(shù)值近l0年來，國內外針對高負荷渦輪葉片在葉型進口總Pa100000設計、邊界層流動分離和控制以及氣動性能等方面開進口總溫307展了大量的實驗測量、數(shù)值
3、模擬和理論分析。楊其國進口氣流角／o20．4等人通過實驗對高負荷渦輪葉柵氣動性能研究得出出口靜壓／Pa90000如下結論：隨著負荷的增大，葉型的吸力面壓力分布相比于傳統(tǒng)葉型具有較大的差別，高負荷葉型的負荷1．2數(shù)值模擬方法分布前移，導致葉柵內橫向壓力梯度增大，葉柵內的本文采用NUMECA~：的IGG進行網(wǎng)格劃分和端部二次流損失增加，同時由于流動具有較大的逆壓三維定常計算，生成的網(wǎng)格具有較高的通用性和質梯度，導致流動發(fā)生分離。量，并可通過CFView后處理模塊，對流場計算結果綜合上述研究，找到合適的方法削弱高負荷渦輪進行可視化處理，可方便快捷地獲得大量與
4、流場信息葉片的端區(qū)二次流動及流動分離，具有重要意義。因相關的氣動參數(shù)。此需要深入了解渦輪葉片內部真實的流動過程。利用NUMECA中的IGG劃分網(wǎng)格方法，生成的本文以通過減少葉片數(shù)得到的高負荷葉片為研葉片網(wǎng)格如圖1所示。其中，通過調整IGG的B2B究對象，分析原型葉片的特點，并通過對比原型葉片網(wǎng)格點分布設置的參數(shù)，可對葉型網(wǎng)格點數(shù)和展向網(wǎng)和高負荷葉片的一維、二維氣動參數(shù)以及三維流場，格點數(shù)進行調整，如圖l(a)所示，29和45分別為壓驗證高負荷葉片的高負荷特性，同時揭示高負荷葉片力面和吸力面的網(wǎng)格數(shù)分配。端區(qū)二次流損失產(chǎn)生的機理。2015年第36卷第4期
5、自動化與信息工程1l49P【s：29(blade+4l(s呦nin一1+81咖Iec)一1表2不同葉高范圍設置的網(wǎng)格數(shù)方案412981＼網(wǎng)格數(shù)O總網(wǎng)格＼／萬～1％1％～3O％30％～50％數(shù)／萬<二二—方案45116321261216401269165PeriodicPts=45(b~ledown)+41(~'eami~et)1+81(slreamoutlet)—13l6481277(a)IGG的B2B網(wǎng)格點分布設置圖42432126952440127762448128572456129382464l21Ol93232l2771O32401285113
6、2481293123256121O1Co)IGG生成的網(wǎng)格模型13326412109圖1IGG劃分葉片網(wǎng)格及生成葉片網(wǎng)格本文計算選用的湍流模型為Spalart-Allmaras【5】，不同網(wǎng)格數(shù)對葉片一維參數(shù)的影響如圖2所示，其具有計算量小、穩(wěn)定性好，同時計算時初始參數(shù)容分別為密流、能量損失系數(shù)、壓比、出口氣流角隨易控制的優(yōu)點。NUMECA使用理想流體模型進行定1％30％葉高之間網(wǎng)格數(shù)目變化的規(guī)律。常計算，使用S_A湍流模型求解三維雷諾平均N．s1％--30％葉高處的網(wǎng)格數(shù)從48開始的葉片的一方程。維參數(shù)逐漸趨于平緩均勻。因此，初步確定24_48．12
7、的葉片為最合適的網(wǎng)格。2原型葉片網(wǎng)格無關性3原型葉片和高負荷葉片對比分析本文研究的網(wǎng)格無關性從展向網(wǎng)格數(shù)的劃分情況來討論。在原型葉片的基礎上，通過減少葉片的方式提高對葉柵的半葉高葉片進行分析，將其分為3部分：葉片的負荷。觀察原型葉片和高負荷葉片在ANSYS1％、1％30％和30~／~50％。!％葉高呈現(xiàn)了附面CFX中的葉型對比，如圖3所示，可發(fā)現(xiàn)高負荷葉片層內壁角渦附著線分布情況：1~／~30％葉高代表附面經(jīng)過前加載【6J，其安裝角更大，具有更大的周向距離。層到二次流范圍的極限流線的分布情況；30~／~50％為分析高負荷葉片性能的改進，本文對比了原型葉
8、高為二次流到半葉高部分。不同葉高范圍設置的網(wǎng)葉片和高負荷葉片的進出口的相關氣動參數(shù)。格數(shù)方案如
