某微型軸流渦輪氣動(dòng)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)具有推重比大、能量利用率高和成本低的優(yōu)勢(shì)，作為其核心動(dòng)力部件的微型渦輪，則需要具有高效率、高通流能力、質(zhì)量輕等特點(diǎn)。但是隨著尺寸的縮小，微型化效應(yīng)的影響使得微型軸流渦輪損失顯著增加，損失結(jié)構(gòu)比重發(fā)生明顯變化，使得微型渦輪效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)渦輪，其中二次流損失顯著增加并占據(jù)總損失主要地位。因此，本文以降低微型軸流渦輪二次流損失為主要目的，以某微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪部件為基礎(chǔ)，利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）軟件 CFX14.0對(duì)渦輪的

2、流場(chǎng)進(jìn)行了全三維計(jì)算，湍流模型采用帶轉(zhuǎn)捩SST(shear stress transport)的N-S（Navier-Stokes）方程模型,然后開(kāi)展了微型軸流渦輪彎、掠葉型和后加載葉型設(shè)計(jì)技術(shù)研究，也對(duì)其組合設(shè)計(jì)方法做了探索，最終確定了該渦輪的優(yōu)化方案。本文主要研究?jī)?nèi)容主要包括：
　　1、開(kāi)展了微型軸流渦輪靜葉彎葉型設(shè)計(jì)技術(shù)研究，在原型直葉片的基礎(chǔ)上保證葉片的翼型不變，改變?nèi)~型的積疊線(xiàn)，設(shè)計(jì)了幾種彎葉片方案：彎高為h/2不變，彎

3、角分別為10°、20°、30°的對(duì)稱(chēng)彎和彎角為20°的“J”型彎。通過(guò)對(duì)彎葉片流場(chǎng)和整級(jí)渦輪性能的分析證明，彎葉片能夠改變渦輪內(nèi)部流場(chǎng)壓力分布，使其呈“C”型壓力分布，從而增加葉根處?kù)o葉出口的氣流角，減小葉尖處?kù)o葉出口的氣流角，這不但使渦輪葉片的氣動(dòng)負(fù)荷有所降低，同時(shí)也增大了氣流的做功能力。
　　2、開(kāi)展了微型軸流渦輪靜葉掠葉型設(shè)計(jì)技術(shù)研究，首先對(duì)此靜葉流場(chǎng)進(jìn)行分析，進(jìn)而結(jié)合掠葉型技術(shù)對(duì)流場(chǎng)的作用機(jī)理，最后確定對(duì)葉片兩端進(jìn)行掠的處

4、理。通過(guò)對(duì)比不同掠的形式對(duì)靜葉通道流場(chǎng)的影響，確定了適合此葉輪的掠形式。同時(shí)分析了不同掠角（-30°,-20°-10°,10°，20°，30°）以及不同掠高（0.1，0.2，0.3，0.4，0.5）對(duì)渦輪靜子通道二次流動(dòng)損失以及下游流動(dòng)的影響。結(jié)果表明，隨著后掠掠角的增加，根部端壁區(qū)改善效果越明顯。而通道中部損失則呈增加趨勢(shì)，當(dāng)掠角超過(guò)20°時(shí)損失增加幅度快于葉根的改善幅度。對(duì)于掠高，其作用效果與掠角類(lèi)似。最終，通過(guò)以上研究結(jié)果確定了適

5、合此渦輪級(jí)的最佳后掠掠葉型為后掠掠角20°，掠高0.5。
　　3、開(kāi)展了微型軸流渦輪靜子后加載葉型設(shè)計(jì)技術(shù)研究，研究了葉型厚度分布和中弧線(xiàn)周向弦長(zhǎng)對(duì)葉型載荷分布、二次流動(dòng)以及葉輪性能的影響。研究結(jié)果表明：中弧線(xiàn)是影響載荷分布的最主要因素，隨著中弧線(xiàn)弦長(zhǎng)的減小，載荷重心逐漸后移，二次流動(dòng)強(qiáng)度被削弱，流動(dòng)總損失得到降低；葉型厚度分布則起到輔助中弧線(xiàn)的作用，適當(dāng)增加葉型厚度不會(huì)降低葉輪性能；只有當(dāng)這兩種幾何因素共同作用時(shí)，才能使葉輪呈現(xiàn)