为了抑制气膜冷却过程中耦合涡的产生,提出了一种切向出流台阶缝冷却结构,并对其在涡轮导叶吸力面、压力面上布置时的气动性能及冷却特性进行了数值研究。结果表明:在吸力面叶栅通道喉部附近布置时仅使总压损失增加约2%;在压力面布置则能使总压损失、能量损失在低吹风比工况各降低约2.5%,同时出口气流角的增加不到0.1%,而且损失系数和出口气流角对吹风比的变化也不敏感。吸力面、压力面缝后冷却效率均较高,在高吹风比工况平均都有约8%轴向弦长的叶片表面冷却效率接近1.0。

气膜冷却在保护高温部件的同时,主流与冷气干涉会形成复杂的涡系结构并造成掺混损失,研究二者之间的作用机理对指导气冷涡轮优化设计具有重要意义。本文采用DES(Detached-Eddy Simulation)方法对平板圆柱气膜孔的流场进行非定常数值模拟,分析了涡系演变规律以及掺混损失。结果表明随着吹风比的提高,冷气射流与主流的流动掺混过程表现为两种不同的模式,低吹风比时下游冷气主要受顺时针方向的迎风涡控制,高吹风比时逆时针方向的迎风涡和顺时针方向的背风涡同时控制下游冷气运动;频谱分析显示,流场扰动存在着明显的倍频关系,基频信号由脱落涡产生,频率大小与吹风比呈线性关系;损失分析表明,流场损失主要由冷气与主流的温差换热导致,占总熵损失的90%以上。

为了掌握颗粒污染物在航空发动机涡轮中的迁移规律,研究高温涡轮部件中颗粒物的沉积效应,采用数值模拟方法,结合用户自定义函数和动网格技术,在航空发动机真实运行条件下针对高压涡轮第一级静叶,研究了涡轮进口旋流对颗粒物迁移及沉积规律的影响,对比了不同颗粒物温度下叶片表面的沉积特性,并详细分析了颗粒物沉积前后叶栅通道中流场结构、出口气动损失及叶片表面换热系数的变化规律。结果表明进口旋流对颗粒物的迁移规律及沉积特性改变十分明显,并使得相邻叶片表面的沉积分布规律不再相同;颗粒物温度仅对沉积效率有影响,不会改变颗粒物在叶片表面的沉积规律;颗粒物沉积后,由于叶栅通道面积变窄,主流马赫数会有所提高,再加上叶片型线发生改变,叶栅出口的气动损失明显增大;在存在进口旋流时,颗粒物发生沉积后,叶片表面的换热...

针对某工业背压式汽轮机小焓降、大流量的特点,为了优化布置,进一步提高气道性能,开发了一种内外缸夹层的回流结构。对该夹层模型进行了全尺度数值模拟,并给出了夹层气动损失的量化趋势,为机组设计者与结构优化设计提供了便利。

利用气膜冷却技术可以大幅提高涡轮叶片的承温能力。针对气膜冷却技术,对比国内外已有气膜孔形,详细介绍了热主流与二次流交互作用机理,分析了冷气展向分布如何影响气膜质量,总结了气膜冷却技术对航空发动机性能的影响。从交互流场、气膜孔形、孔附属结构(突片、斜坡)和气膜孔排布方式4个方面展开详细探讨。得到提升气膜冷却效率的4个主要思路(1)降低肾形涡强度;(2)产生反肾涡;(3)使用槽腔结构;(4)改变出口压力分布。通过对孔形及附属结构的论述分析,为未来气膜孔的优化设计提供指导思路。

轴流涡轮损失预测模型是开展先进轴流涡轮设计优化、特别是低维快速性能预测的重要工具和基础,更准确通用的损失模型一直是涡轮气动热力学领域研究的重点。近年来,精细化设计理念的深入对损失模型提出更高的精度要求,同时先进实验测量方法和数值模拟技术的发展也为建立更精准的损失模型提供了可能。因此,本文首先梳理了轴流涡轮损失模型的发展历程及近年来的发展趋势,并结合最新研究进展分析目前仍存在的不足,最后对轴流涡轮损失模型的未来研究重点和发展趋势进行展望。

搭建了一叶型优化平台,并基于此对一高亚声速叶型进行了多目标优化设计。研究结果表明,应用叶型优化技术后,叶型负荷呈前加载分布且前缘Spike强度减弱,设计以及非设计冲角下的气动损失均大幅度降低,叶型有效工作范围冲角增加。

有效抑制压气机叶片表面的分离是提高压气机效率和稳定裕度的重要手段。在前人研究的基础上详细分析了绊线形状(椭圆形、圆形、三角形)对压气机流动分离控制的影响。研究结果表明:不同绊线形状对压气机的流动控制效果不尽相同。在不同攻角下,在分离点位置添加椭圆形绊线使得压气机在整个工况范围内损失都较低,在正攻角范围内使得压气机总压损失至少降低18%,而圆弧形和三角形绊线则控制效果不佳。说明选择合适的绊线形状对压气机流动控制具有重要意义。