渦輪內(nèi)部非定常流動機理及應用研究.pdf

1、渦輪是航空發(fā)動機的核心部件，其內(nèi)部流動本質(zhì)上是非定常的。低壓渦輪因工況雷諾數(shù)低，吸力面邊界層極易發(fā)生分離；高壓渦輪展弦比小、端區(qū)二次流損失嚴重；高負荷跨聲速渦輪中還存在嚴重的尾緣激波損失。掌握渦輪內(nèi)部非定常流動機理，對指導高性能渦輪的設(shè)計具有重要意義，因此本文圍繞這幾個問題開展了深入研究。
　　本文采用自主開發(fā)的CFD軟件NUAA-Turbo作為研究工具，首先在其基礎(chǔ)上添加了引入轉(zhuǎn)捩準則后的SA湍流模型、六階對稱WENO格式、DE

2、S算法、雙時間步非定常算法以及相位延遲單通道非定常算法，并發(fā)展了自主的網(wǎng)格生成技術(shù)。
　　其次本文以圓柱和T106A低壓渦輪葉片為研究對象，對尾跡誘導邊界層的非定常轉(zhuǎn)捩進行了數(shù)值模擬。準確模擬了分離誘導轉(zhuǎn)捩、尾跡在葉柵通道內(nèi)的輸運過程、尾跡的負射流特性、尾跡對層流分離的抑制作用等現(xiàn)象，揭示了周期性尾跡與邊界層非定常相互作用的機理，并指出尾跡通過頻率是重要的影響因素，合理利用尾跡來抑制邊界層的分離，對指導低壓渦輪的性能提升具有重要意

3、義。
　　然后本文以CW-22高壓渦輪葉片為研究對象，對端區(qū)二次流進行了數(shù)值模擬。準確捕捉了前緣馬蹄渦、通道渦等端區(qū)二次流渦系結(jié)構(gòu)，并對渦系結(jié)構(gòu)的形成和發(fā)展機理進行了解釋，合理組織和控制二次流漩渦流動，能夠有效減小高壓渦輪端區(qū)二次流損失。
　　此后本文對高負荷跨聲速渦輪中尾緣激波的形成機理進行了深入研究，并對激波控制技術(shù)展開了綜述性的探討。研究發(fā)現(xiàn)尾緣基底區(qū)是尾緣激波損失的根源，通過一系列措施可以有效減弱激波強度、減小激波損