小流量涡轮叶片三维造型对流动影响的研究

发布时间：2017-08-20 01:21

  本文关键词：小流量涡轮叶片三维造型对流动影响的研究

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【摘要】：在直升机的发展过程中,几乎所有的直升机性能特性都取决于其发动机性能,而涡轮是涡轴发动机中的核心部件之一,其性能的优劣直接制约着涡轴发动机甚至直升机的发展。与其它航空燃气轮机相比,涡轴发动机具有流量小、转速高、体积小等特点,这也就直接导致了涡轮内流场结构复杂,叶片的展弦比低,流道内进口附面层较厚,占整个叶高的百分比增大,导致强的二次流产生,同时低能流体在端区集聚,损失增加。本文以某型涡轴发动机动力涡轮为研究对象,对第一级静叶进行弯扭叶片设计,通过对常规叶片和弯扭叶片叶栅级计算结果进行了对比,得到采用弯扭叶片给级的流场带来的变化,从通道涡的发展及效率和密流沿叶高的分布等方面分析了级效率升高的原因。研究了不同弯角下采用弯叶片对静叶和动叶流场的影响,分析了各气动参数随弯角改变的变化趋势及原因,同时对静叶和动叶间的匹配进行了研究。在最佳弯角的基础上进行扭曲设计,静叶扭曲后对动叶产生影响,从二次流发展及效率和密流沿叶高分布的角度研究了级效率变化的原因,同时研究了叶片折转角改变后对匹配的影响。对弯扭叶片进行了非定常计算,并与定常计算结果进行了对比,发现定常与非定常时均结果得到的二次流的影响作用机理不同,这是由于动静叶交界面上是否采用混合平面处理方法导致的。通过本文的研究,得到了小流量涡轴发动机中应用弯扭叶片时的设计方法,积累了叶片弯曲和扭转的设计经验,为小流量涡轮叶片的设计提供了一定的参考。
【关键词】：涡轴发动机 动力涡轮 弯扭叶片 二次流 非定常
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V235.12
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题来源9
• 1.2 课题研究的背景和意义9-10
• 1.3 国内外叶片全三维设计技术发展概述10-12
• 1.4 国内外非定常设计技术发展概述12-13
• 1.5 二次流损失及其影响因素13-14
• 1.6 本文研究的内容14-16
• 第2章 数值模拟方法16-22
• 2.1 引言16-17
• 2.2 网格生成及计算软件简介17
• 2.3 控制方程及湍流模型17-20
• 2.3.1 控制方程17-18
• 2.3.2 标准k-ε 两方程模型18-19
• 2.3.3 RNG k-ε 模型19
• 2.3.4 SST湍流模型及γ-Reθ转捩模型19-20
• 2.4 三维叶片造型数值模拟方法20-21
• 2.4.1 叶片弯曲和扭转方法20
• 2.4.2 网格划分方法及边界条件20-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第3章 常规叶片与弯扭叶片三维计算对比分析22-33
• 3.1 引言22
• 3.2 数值计算结果分析22-31
• 3.2.1 一维总体参数分析22
• 3.2.2 气动参数沿叶高分布22-29
• 3.2.3 出.截面熵增分布云图29
• 3.2.4 沿叶高不同S1截面参数云图29-30
• 3.2.5 三维流线及壁面极限流线30-31
• 3.3 本章小结31-33
• 第4章 弯扭叶片设计方法33-60
• 4.1 引言33
• 4.2 不同弯角条件弯叶片动静叶匹配研究33-46
• 4.2.1 一维总体参数分析33-34
• 4.2.2 气动参数沿叶高分布34-41
• 4.2.3 出.截面熵增分布云图41-43
• 4.2.4 型面压力分布43-44
• 4.2.5 沿叶高不同S1截面参数云图44-45
• 4.2.6 三维流线及壁面极限流线45-46
• 4.3 叶片扭曲对级效率及动静叶匹配的分析46-58
• 4.3.1 一维总体参数分析47-48
• 4.3.2 气动参数沿叶高分布48-53
• 4.3.3 出.截面熵增分布云图53-54
• 4.3.4 型面压力分布54-55
• 4.3.5 沿叶高不同S1截面参数云图55-56
• 4.3.6 三维流线及壁面极限流线分析56-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第5章 弯扭叶片的非定常研究60-73
• 5.1 引言60
• 5.2 定常计算和非定常计算结果对比分析60-72
• 5.2.1 一维参数60-63
• 5.2.2 气动参数沿叶高分布63-67
• 5.2.3 出.截面熵增分布云图67-69
• 5.2.4 不同叶高熵增分布云图69-72
• 5.3 本章小结72-73
• 结论73-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果79-81
• 致谢81-82
• 个人简历82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 颜培刚,王松涛,冯国泰;气冷涡轮级叶栅非定常流场数值模拟[J];工程热物理学报;2005年03期

2 王仲奇，苏杰先，钟兢军;弯扭叶片栅内减少能量损失机理研究的新进展[J];工程热物理学报;1994年02期

3 周逊,韩万金,吕智强;后部加载叶型直叶片和弯叶片叶栅中能量损失变化的实验研究[J];航空动力学报;2004年01期

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本文编号：703942