末級渦輪氣動設計方法及非軸對稱端壁造型技術(shù)研究.pdf

1、本文系統(tǒng)地研究了蒸汽渦輪長葉片級的有關(guān)氣動設計方法。圍繞蒸汽渦輪長葉片級氣動設計體系中的兩個重要的環(huán)節(jié)——渦輪級S2流面反問題設計計算和任意旋成流面上的二維葉柵網(wǎng)格生成方法及無粘流場數(shù)值計算方法開展了部分工作。鑒于在蒸汽渦輪長葉片級的動葉片根部，較大的葉型的折轉(zhuǎn)角必然帶來較大的二次流損失，本文對利用非軸對稱端壁造型減少大折轉(zhuǎn)角渦輪葉柵中的二次流損失進行了探索性的研究。 本文應用流線曲率法編制了渦輪級S2流面的反問題設計計算程序，

2、并對一蒸汽渦輪末級長葉片進行了氣動設計，結(jié)合上述計算結(jié)果對大功率蒸汽渦輪末級長葉片氣動設計進行了初步的探討。對沿葉展等輪周功分布和可控渦流型兩種設計方案的優(yōu)缺點進行了對比分析。分析結(jié)果表明：盡管可控渦流型與等輪周功分布方案相比能夠使渦輪級的反動度沿葉展的分布趨于均勻，但在應用于末級長葉片的設計時由于積分余速損失的增加而受到了一定的限制。 本文應用有限體積時間相關(guān)法求解了任意旋成流面上的二維葉柵無粘流場，應用多重網(wǎng)格技術(shù)對數(shù)值計算

3、過程進行了加速，取得了良好的效果。在流場計算所用網(wǎng)格的生成方面，除利用代數(shù)法生成計算網(wǎng)格外，本文還發(fā)展了一種利用Possion方程生成二維葉柵H形網(wǎng)格的新方法。與代數(shù)方法生成的網(wǎng)格相比，在同樣的網(wǎng)格數(shù)目下，Possion方程法生成的網(wǎng)格對葉型的進、出氣側(cè)的小圓的幾何形狀模擬的更真實，網(wǎng)格單元的分布更加均勻，正交性和光滑性更好。對于一種跨音速渦輪靜葉柵來說，流場計算的結(jié)果表明：Possion方程方法生成的網(wǎng)格與代數(shù)方法生成的網(wǎng)格相比，在同

4、樣的網(wǎng)格數(shù)目下，能更加清晰的捕捉到葉型尾緣處的激波間斷。 非軸對稱端壁造型作為一種先進的二次流控制技術(shù)，具有廣闊的工程應用前景。本文應用商用軟件Fine/Turbo分別對常規(guī)葉柵、下端壁上凸和下端壁下凹兩種非軸對稱端壁葉柵的流場進行了詳盡的數(shù)值模擬，通過將下端壁上凸和下端壁下凹葉柵中的通道渦的發(fā)生、發(fā)展過程與常規(guī)葉柵進行對比分析，對非軸對稱端壁造型減小渦輪葉柵二次流損失的機理進行了初步的探討。結(jié)果表明：1、下端壁上凸葉柵出口處的