分体滑动导叶可调涡轮激波与载荷波动机制

发布时间：2021-08-09 22:44

　　针对某柴油机用可调涡轮在低速工况下的低效强激波特征,提出并设计了一种分体滑动导叶,并在10%、40%和100%3个典型开度下进行了定常/非定常数值计算。结果表明:分体滑动导叶在小开度下可实现对间隙泄漏流动的有效抑制,大幅度提高涡轮效率;在10%开度下,分体滑动导叶提高了涡轮10%的峰值效率,同时涡轮效率在40%和全开工况下也有不同程度的提高。此外,通过合理设计转静间距,分体滑动导叶尾缘激波被大幅度削弱。导叶间隙泄漏流和尾缘激波的抑制可有效弱化转子定子干涉强度,降低下游转子叶片表面载荷波动幅值,提高转子叶片的可靠性。 

【文章来源】：中国机械工程. 2020,31(15)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

可调涡轮三维视图和子午视图

图2展示了可调涡轮转子和导叶网格,其中导叶段单通道网格节点数约为8.7×105,转子段单通道网格节点数约为4.7×105,网格总数约为1.35×106,网格最小正交角度为31.5°,最大延展比小于2.6,最大长宽比小于540。图2中温度T0和压力p0表示涡轮进气状态的参量,温度T2和压力p2表示涡轮出气状态的参量,β为导叶进气气流角,ω为转子旋转参量。数值计算采用NUMECA软件中FINETM/Turbo三维黏性流场计算软件,求解定常/非定常三维N-S方程,湍流模型选用S-A模型,时间项采用显式龙格-库塔时间推进法,并结合双时间步长、多重网格技术加快计算收敛速度。进口边界给定总温、总压和进口气流角度,如图2所示。其中进口气流角的大小根据气体流出蜗壳的角度计算得到。

定常计算中采用混合平面法选定转静交界面,确保气体的质量、动量和能量守恒。非定常计算中的转静交界面采用直接插值和滑移网格法。物理步长数设为120,收敛精度设为1×10-6,壁面y+值控制在3以内,如图3所示。网格无关性验证是数值计算中的一个重要环节。当拓扑结构确定之后,网格数量的差异会导致计算结果的偏差,也会影响计算时间,因此,合适的网格数是保证计算精度和时间的前提。本文采用单通道定常计算的方法进行网格无关性验证,如表2所示。

【参考文献】：
期刊论文
[1]Numerical Analysis of Nozzle Clearance’s Effect on Turbine Performance[J]. SUN Harold,LAI Mingchia.  Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2011(04)
[2]涡轮调节方式对增压柴油机匹配性能的影响[J]. 马朝臣,朱庆,杨长茂,张虹,吴中佐,鲍捷,李辉.  内燃机学报. 2000(02)



本文编号：3332934