小膨脹比可變噴嘴式向心透平設計與實驗研究.pdf

1、向心透平將壓縮氣體的壓力能轉化為旋轉主軸的軸功輸出帶動負載，在實際工程中有廣泛應用。本文設計的小膨脹比向心透平，噴嘴靜葉柵角度可調，能夠實現(xiàn)在線調節(jié)功率大小。本文通過對向心透平的結構設計、速度三角形理論分析、二維和三維數(shù)值模擬以及實驗研究等，對設計的向心透平內部流場進行了探討，同時研究了結構參數(shù)和操作參數(shù)對透平效率的影響，得到最優(yōu)向心透平結構。主要工作和結論如下:
　　(1)編寫了一套設計向心透平的C語言計算程序，確定了所需要設計

2、的透平的基本參數(shù);根據(jù)確定的結構參數(shù)，設計了小膨脹比可變噴嘴式向心透平結構;在CFD軟件數(shù)值研究過程中，編寫UDF程序實現(xiàn)時時輸出所需觀測的透平參數(shù)。
　　(2)采用二維數(shù)值模擬對設計的三種噴嘴靜葉柵葉型和四種動葉葉型進行分析，得到最優(yōu)噴嘴形狀為柳葉型，最優(yōu)動葉葉型為彎型動葉;采用三維數(shù)值模擬分析對噴嘴靜葉柵角度、噴嘴靜葉柵個數(shù)、動葉個數(shù)以及葉輪頂部間隙等參數(shù)進行了研究，確定了最優(yōu)組合。
　　(3)運用所搭建的實驗平臺首先對

3、數(shù)值模型進行驗證，將不同噴嘴靜葉柵角度下透平效率的實驗值和模擬值對比，結果表明實驗值與模擬值吻合度較高，偏差較小，驗證了數(shù)值模型的正確性。
　　(4)實驗研究了不同結構參數(shù)結構參數(shù)和操作參數(shù)對透平效率的影響，結果表明:隨著角度的增大，各個壓力下的透平效率先增大后減小;動葉輪葉型中彎葉輪型式優(yōu)于直葉輪型式;隨著壓力升高，效率先增加后減小，在0.3MPa時效率達到最大值;膨脹比在1.15時效率是最高的;隨著透平流量的增加，透平轉速逐漸