高性能渦輪葉柵非定常流動性能分析.pdf

1、三維、粘性、非定常是葉輪機械內(nèi)部實際流動的固有特性,非定常特性對葉輪機械內(nèi)部流動的熱功轉(zhuǎn)換具有重要影響,因此研究其內(nèi)部葉柵的非定常干擾對于改善高負荷渦輪的性能具有重要意義,對非定常特性的認識和研究直接關(guān)系到葉輪機械的發(fā)展。本文采用區(qū)域縮放法、結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、雙時間步法、標準k-epsilon湍流模型以及滑移界面法對某高性能渦輪級進行了數(shù)值模擬,并分析了渦輪級內(nèi)的三維非定常流動。
　　 傳統(tǒng)的葉輪機械設(shè)計方法己取得了很大的成功。這些設(shè)

2、計和分析方法中引入了一個重要假設(shè),即動葉和靜葉都是在相對定常環(huán)境下工作。由于在高負荷以及偏離設(shè)計工況情況下,忽略非定常流的影響,采用定常假設(shè)作出的工程設(shè)計并不完全可靠,偏差較大,因此渦輪級內(nèi)的非定常流場數(shù)值模擬是現(xiàn)階段計算流體力學(xué)研究的重要領(lǐng)域。本文通過對葉輪機內(nèi)非定常流動的研究,詳細討論了葉排間干擾對渦輪級氣動性能的影響。渦輪級內(nèi)常見的非定?，F(xiàn)象包括:激波、尾跡、脫落渦、壁角渦、通道渦以及泄露渦等。在每個靜葉通道內(nèi)可以觀察到周期性的流

3、動。在跨音速工況下,渦輪級靜葉尾緣會出現(xiàn)激波,該激波會對下游動葉通道內(nèi)的流動產(chǎn)生周期性的影響。該渦輪級內(nèi)的渦運動包括:靜葉葉片尾緣附面層引起的脫落渦;根腳區(qū)兩個端壁附面層相互干擾形成的壁角渦;動葉通道內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生的通道渦;存在葉尖漏流時出現(xiàn)的泄露渦。在定常和非定常模擬中,均可觀察到同樣形式的頂部泄漏渦。本文對上游尾跡與渦輪葉柵通道渦的相互作用機理進行了分析,探討了非定常流動物理本質(zhì),發(fā)掘非定常流的潛力,為發(fā)展非定常設(shè)計手段提供思路