高速径流式涡轮转子叶顶间隙流动研究

发布时间：2017-09-24 06:10

  本文关键词：高速径流式涡轮转子叶顶间隙流动研究

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【摘要】：叶轮与端壁之间的叶顶间隙是涡轮效率下降的重要因素。研究表明叶顶间隙越大,泄漏流动越强,对叶轮内气动性能影响越大。叶顶间隙流动研究是叶轮机械领域的热点和难点,人们至今并未完全认识其流动机理,而且目前研究侧重于低速轴流式叶轮,而对高速径流式叶轮研究不足,叶顶间隙大小方面,研究焦点在于大间隙,而紧密间隙的研究相对匮乏。近年来,涡轮增压器在发动机行业应用比例逐年上升。针对上述现状,本文研究主要目的是探究叶顶间隙,尤其是紧密间隙对叶轮内流动的影响,并探讨数值计算结果对湍流模型和叶顶间隙网格精度敏感性。本文首先以NACA 65-1810叶栅为研究对象,利用已有的实验数据,将实验与数值计算相结合,对本文采用数值计算方法进行评估;然后以高速径流式涡轮为研究对象,求解雷诺平均纳维-斯托克斯方程(RANS),探究叶顶间隙对叶轮流场的影响。研究结果表明,目前并没有一种湍流模型能完全模拟叶轮内所有流动特征;足够的叶顶间隙展向网格精度是准确模拟间隙流动特征的前提条件,而间隙流动对间隙轴向和周向网格精度并不敏感;紧密间隙时,叶顶间隙进口流体处于低动量低能量状态而出现逆流现象;不同于大间隙,逆流改变紧密间隙区域温度场,高温区位于压力面侧,低温区位于吸力面侧,粘性效应强于压力效应;采用紧密间隙可减小泄漏涡流强度;涡轮总静效率随着叶顶间隙增大而线性下降,泄漏流量则大体上随叶顶间隙增大而上升。
【关键词】：高速径流式涡轮 叶顶间隙 泄漏流动 逆流 涡轮性能
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK401
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1.绪论9-19
• 1.1 研究背景及意义9-11
• 1.2 叶顶间隙流动研究历史及现状11-17
• 1.2.1 涡轮叶顶间隙流动研究11-14
• 1.2.2 压气机叶顶间隙流动研究14-17
• 1.2.3 总结17
• 1.3 本文主要研究目的和内容17-19
• 2.数值计算理论基础19-37
• 2.1 引言19
• 2.2 数值模拟方法19-29
• 2.2.1 计算流体力学控制方程19-21
• 2.2.2 控制方程离散方法21-22
• 2.2.3 湍流模型22-29
• 2.3 流动分离的判定29-31
• 2.3.1 二维分离29-30
• 2.3.2 三维分离30-31
• 2.4 拓扑分析方法31-36
• 2.4.1 拓扑分析理论32-33
• 2.4.2 奇点33-34
• 2.4.3 拓扑规律34-36
• 2.5 本章小结36-37
• 3.数值计算软件37-42
• 3.1 引言37
• 3.2 NUMECA简介37-41
• 3.2.1 IGG/Autogrid38-39
• 3.2.2 FINE39-40
• 3.2.3 CFView40-41
• 3.3 硬件平台41-42
• 4.叶顶间隙流动数值模拟方法的评估42-64
• 4.1 引言42
• 4.2 湍流模型对计算结果的影响42-52
• 4.2.1 算例说明42-44
• 4.2.2 结果分析44-52
• 4.3 网格精度对计算结果的影响52-63
• 4.3.1 展向网格精度52-57
• 4.3.2 轴向和周向网格精度57-63
• 4.4 本章小结63-64
• 5.涡轮转子叶顶间隙流动的定常模拟64-80
• 5.1 引言64
• 5.2 算例说明64-66
• 5.2.1 研究对象64-65
• 5.2.2 网格生成65
• 5.2.3 数值计算方法与边界条件65-66
• 5.3 计算结果分析66-79
• 5.3.1 网格独立性分析66-67
• 5.3.2 无叶顶间隙涡轮流动分析67-71
• 5.3.3 有叶顶间隙涡轮流动分析71-79
• 5.4 本章小结79-80
• 6.结论与展望80-81
• 6.1 全文结论80
• 6.2 研究展望80-81
• 参考文献81-86
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果86-87
• 致谢87

【参考文献】

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本文编号：909771