学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

叶尖肋条和叶尖小翼对涡轮转子性能的影响

作　者: 马永军
导　师: 李传鹏
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 航空宇航推进理论与工程
关键词: 涡轮转子叶尖间隙泄漏流叶尖肋条叶尖小翼
分类号: V231.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 93次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

现代燃气涡轮发动机的气动设计和试验方法已经可以使涡轮部件效率达到93%以上，再想进一步提升涡轮效率，减小叶尖间隙泄漏流损失就成为科技人员的研究重点。流经叶尖间隙的气流不仅没有对叶片做功，而且由其形成的泄漏涡还会影响主流的做功性能，造成的损失约占发动机总损失的20%~40%。所以，涡轮叶尖间隙流是发动机损失的一个主要来源。为了减小间隙泄漏损失，改善涡轮效率，提高发动机性能，研究如何控制涡轮叶尖间隙泄漏流就变得很有必要。现今减少间隙泄漏的方法大致可分为两种，一种为被动控制，另一种为主动控制，由于采用主动控制方法，必须要给发动机添加控制反馈系统，从而增加了发动机构造的复杂性也导致发动机重量增加。所以本文所研究的叶尖处理构型方法‐‐‐转子叶尖凹腔内添加肋条，转子叶片压力面增设叶尖小翼，或者两者的组合‐‐‐属于被动控制方法，该方法采用对叶尖区域局部的改动，改变叶尖间隙流动特性，从而减少叶尖间隙泄漏流损失，提升涡轮转子效率。本文采用数值模拟方法，计算分析了3类18种叶尖处理构型，第一类为A类普通叶尖即光滑叶尖(模型A1)和叶尖凹槽(模型A2)；第二类为B类即在凹槽中添加肋条，即弯曲肋条(模型A3)、1个直肋条(模型A4)、2个直肋条（模型A5）、3个直肋条(模型A6)；第三类为普通叶尖和叶尖肋条分别与叶尖小翼的组合形式，其中B1‐B6表示模型的叶尖小翼为2mm，C1–C6表示模型的叶尖小翼为3mm。对不同叶尖处理构型的涡轮转子流场进行数值计算，获得了叶尖处理构型的间隙流动特性，以及对涡轮转子效率的影响。模拟结果表明：模型A6、模型B4和模型C2,这三种叶尖处理构型的转子模型其落压比最高，输出功率最大，转子效率提升幅度最大。其次模型B1和模型C3这两种叶尖处理构型也可以提升转子效率，但效率提升幅度较小。虽然模型A2和模型A3的转子落压比较大，但这两种模型的间隙泄漏产生的损失较大导致对应的输出功率和转子效率降低。其余叶尖处理构型的转子模型对应的落压比，输出功率和效率均不同程度的低于A1模型。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章绪论  12-26
  1.1 研究背景  12-14
  1.2 间隙泄漏流的控制方法  14-18
  1.3 国内外研究现状  18-24
    1.3.1 国外研究现状  18-22
      1.3.1.1 间隙泄漏研究  18-19
      1.3.1.2 间隙泄漏控制的研究  19-22
    1.3.2 国内研究现状  22-24
      1.3.2.1 间隙流动的研究  22-23
      1.3.2.2 间隙流动控制的研究  23-24
  1.4 研究的目的和意义  24-25
  1.5 本文主要研究内容  25-26
第二章涡轮转子叶尖造型设计（参数化建模）  26-41
  2.1 前言  26
  2.2 计算模型子午流道设计  26
  2.3 计算模型的简化  26-27
  2.4 转子叶尖造型设计  27-28
  2.5 参数化建模  28-33
    2.5.1 叶尖凹槽的设计  28-30
    2.5.2 计算模型通道样条曲线的设计  30-31
    2.5.3 计算模型周期性边界的设计  31-32
    2.5.4 计算模型的机匣和轮毂的设计  32-33
  2.6 叶尖肋条的设计  33-39
    2.6.1 单个叶尖肋条的设计  34-35
    2.6.2 两个叶尖肋条的设计  35
    2.6.3 三个叶尖肋条的设计  35
    2.6.4 弯曲肋条的设计  35-36
    2.6.5 叶尖小翼的设计  36-39
  2.7 总结  39-41
第三章涡轮转子性能计算  41-50
  3.1 计算模型简介  41
  3.2 数值模拟软件简介  41-42
  3.3 网格划分及流场的设置  42-49
    3.3.1 湍流模型的选择  43-45
    3.3.2 网格设置  45-48
    3.3.3 计算设置  48-49
    3.3.4 边界条件设置  49
  3.4 本章小结  49-50
第四章计算结果分析  50-86
  4.1 总体性能分析  51-53
    4.1.1 带间隙的转子性能分析  51-53
  4.2 不同叶尖造型流场分析  53-67
    4.2.1 无间隙转子流道内的流动情况  53-55
    4.2.2 非小翼叶片的三维流场分析  55-64
    4.2.3 非小翼叶片的叶尖压力分析  64-65
    4.2.4 2mm 叶尖小翼模型流场分析  65-66
    4.2.5 3mm 叶尖小翼模型流场分析  66-67
  4.3 三类叶尖的间隙内部流动结构  67-74
  4.4 总压、轴向速度、气流角沿径向分布  74-85
  4.5 本章小结  85-86
第五章结论与展望  86-88
  5.1 结论  86-87
  5.2 展望  87-88
参考文献  88-93
致谢  93-94
在读期间发表的文章  94

叶尖肋条和叶尖小翼对涡轮转子性能的影响

内容摘要

全文目录

相似论文