透平級葉柵流動性能分析.pdf

1、隨著現(xiàn)代渦輪向著高負荷方向發(fā)展，二次流損失在總損失中所占比重也越來越大，對葉柵中二次流的研究也一直是葉輪機械領域中的重要課題。葉柵內(nèi)部流動結構的分析對于優(yōu)化三維空間流型以有效控制和減小二次流損失具有重要的意義。 首先，本文對某型燃氣輪機低壓渦輪第一級內(nèi)的三維復雜流動進行了數(shù)值模擬，模擬結果捕捉到了該渦輪級葉柵的內(nèi)部流的流動細節(jié)，展示了這一真實葉柵的壁面和端壁的二次流流動圖譜和三維分離渦結構。通過對葉柵中的二次流現(xiàn)象和流動損失機理

2、的分析，揭示了該渦輪級葉柵通道內(nèi)二次流旋渦結構(馬蹄渦、通道渦、壁角渦、尾跡渦、泄漏渦等)的演變過程，以及旋渦結構對損失分布的影響，明確了此渦輪級葉柵的主要損失分布所在。 其次，本文采用數(shù)值模擬的方法研究了不同子午端壁型線對渦輪靜葉柵流動性能的影響。上端壁型線采用凹凸相結合的端壁型線具有較小的葉柵總損失，并能夠有效的避免在頂部大擴張角下形成擴壓流動和分離，從而改善了上端部區(qū)的流動情況。下端壁采用下凹的端壁型線后，改變了根部區(qū)域的

3、橫向和徑向壓力分布。在橫向，減小中部大部分區(qū)域的橫向壓力梯度，并使得根部載荷向后移動，大大的減緩了附面層在下端壁區(qū)的增長，因而也在一定程度上減小了下端部的橫向二次流損失。在徑向，根部壓力得到了提高，根部的低壓區(qū)也遠離下端壁，端壁低能流體在徑向負壓力梯度作用下向中部遷移，改善了根部區(qū)的流動。 本文還通過數(shù)值模擬的方法研究了正傾斜、正彎曲、反彎曲、S型彎曲、J型彎曲幾種葉片積疊方案對靜葉柵流動性能的影響。對于此型葉柵，正彎、反彎和正

4、傾斜都未能有效的減小葉柵的總損失。相比較而言，J型彎曲葉片更適合此型葉柵，可以兼顧葉根和葉頂流動，整體上具有較小的能量損失。 最后，本文還研究了子午端壁型線與徑向積疊線的組合設計對流動性能的影響。上端壁采用優(yōu)化后的端壁型線后，再通過改變此型葉柵的積疊方式來進一步改善上端部的流動比較困難，而端壁型線的下凹和正向傾斜的組合能夠進一步減小根部區(qū)的損失，特別是下通道渦的強度下降比較明顯。在這種情況下，J型彎曲與優(yōu)化子午端壁的組合具有較小