PSE方法在葉片表面流動穩(wěn)定性預(yù)測中的應(yīng)用研究.pdf

1、針對在葉輪機(jī)械內(nèi)對效率影響顯著的邊界層轉(zhuǎn)捩問題，本文結(jié)合已有的風(fēng)洞實驗數(shù)據(jù)，通過求解PSE方程，給出了一套可有效分析、預(yù)測、評價邊界層穩(wěn)定性的數(shù)值求解方法。
　　本文推導(dǎo)了正交曲線坐標(biāo)系下穩(wěn)定性PSE方程，使穩(wěn)定性方程擴(kuò)展為適合葉輪機(jī)械表面型線的正交曲線坐標(biāo)系計算，并給出了穩(wěn)定性方程離散和數(shù)值差分求解的方式。在現(xiàn)有葉柵葉片表面靜壓分布實驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，結(jié)合曲線坐標(biāo)系下Falkner-Skan-Cooke方程求解葉柵表面邊界層的平均流

2、動解。將求解結(jié)果作為初值帶入到穩(wěn)定方程中。編制了整個求解過程的計算程序。穩(wěn)定性方程特征值求解分別采用全局法和區(qū)域法方法。應(yīng)用eN模型作為邊界層轉(zhuǎn)捩預(yù)測和穩(wěn)定性比較的數(shù)值判據(jù)以評定葉柵內(nèi)邊界層流動的穩(wěn)定性。并將以上算法應(yīng)用于透平和壓氣機(jī)葉片表面邊界層穩(wěn)定性分析中。
　　本文計算分析了600Mw超臨界汽輪機(jī)高壓第八級汽輪機(jī)動葉及靜葉兩套葉柵吸力面邊界層流動的穩(wěn)定性及變沖角性能，兩套葉柵均采用后部加載葉型。穩(wěn)定性分析表明，在渦輪葉柵中，

3、葉柵中部流動最為穩(wěn)定，而兩端壁附近的流動相對不穩(wěn)定。
　　通過分析后部加載葉柵的變沖角特性，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)沖角改變后，葉柵兩端壁邊界層所受的影響最為顯著，而葉柵中部邊界層幾乎不隨沖角變化。由此看來，采用后部加載葉型，使葉片吸力面壓力點移到60％軸向弦長之后，可有效推遲轉(zhuǎn)捩發(fā)生，提高葉柵表面邊界層穩(wěn)定性，以及削弱葉柵的沖角對氣流變化的敏感性。
　　為了研究來流條件變化對調(diào)節(jié)級噴嘴葉柵邊界層穩(wěn)定性的影響，計算了600Mw超臨界汽輪

4、機(jī)調(diào)節(jié)級噴嘴葉柵邊界層流動的穩(wěn)定性。結(jié)果表明，外界條件的改變在很大程度上影響葉柵表面邊界層流動的穩(wěn)定性。當(dāng)來流速度增加時，雷諾數(shù)會隨之增加，并導(dǎo)致流動穩(wěn)定性變差。若通過改變?nèi)~柵幾何尺寸，保持雷諾數(shù)不變，只增加馬赫數(shù)，來流馬赫數(shù)的增加會在一定程度上提高流動穩(wěn)定性。另外，來流擾動頻率也是影響葉柵邊界層穩(wěn)定性的重要因素。當(dāng)擾動頻率發(fā)生變化時，存在一個擾動放大率的最大極值點，在極值點附近擾動最容易放大，邊界層也最容易發(fā)生轉(zhuǎn)捩。
　　本文還

5、探討了在常見葉柵的改型設(shè)計中，二次流的變化對邊界層流動穩(wěn)定性影響。在對具有大擴(kuò)張角外端壁的渦輪靜葉柵的流動穩(wěn)定性計算中發(fā)現(xiàn)，在該類渦輪靜葉柵中，具有大擴(kuò)張角的外端會引起葉柵頂部邊界層增厚，轉(zhuǎn)捩甚至分離，降低葉頂附近流動的穩(wěn)定性。在該類渦輪靜葉柵中如果葉頂采用前掠葉片，可削弱外端壁大子午擴(kuò)張角對葉片頂部區(qū)域流動產(chǎn)生的不利影響。
　　本文最后討論了葉片彎曲對擴(kuò)壓葉柵壁面邊界層流動穩(wěn)定性的影響，分析了直葉片和具有不同彎曲角的彎葉片葉柵的