涡轮动叶采用弯叶片的数值模拟及流场结构分析

　　1前言

　　目前弯叶片技术的研究与应用【卜2}基本上限于静叶，对于动叶采用弯叶片的研究很少.实际上动叶采用弯叶片也是可行的。在文献阎中介绍的高 D/l与小l/b的涡轮级中，由于动静叶均采用了弯叶片，级效率达到92%。在动叶中采用弯叶片主要困难是动应力问题，但现在动应力的计算和试验已经很准 确很完善，动叶采用弯叶片完全是可能的.

　　为了研究弯叶片在动叶上采用的可能性，文献进行了数值分析与计算，指出了在动叶中采用弯叶片有与静叶相同的作用，而且对减少动叶漏气损失有好 处.在有关实验的论文中同，也有这种结论。但文献中仅应用无粘52流面与三维无粘程序进行的数值模拟，没有反映动叶采用弯叶片的损失分布与二次流动。因此 本文利用三维粘性流数值计算程序，对动叶采用弯叶片的7种方案进行了详细的模拟，分析了流动结构.

　　2计算方法

　　计算采用具有三阶精度的God~v格式，采用Roe的近似形em~求解方法求得相邻网格边界上的数值通量.计算网格采用了一种代数法与微分方程 法相结合的H型网格生成方法，该方法生成的网格在近壁面处具有O型网格的特点.计算选取的湍流模型为B一L代数模型及MML模型的混合修正模型[6].

　　3计算方案

　　进行数值模拟所采用的动叶为某型发动机两级涡轮的低压级动叶，平均半径372~，叶片高度128~，叶片数87，叶片平均弦长 34.74~，D/l=5.817，l/&幼.176，平均半径处折转角约为300.动叶进口平均半径处总温1302K，总压 5.532xlo5Pa，背压3.6sxlo5Pa。

　　考虑到动叶的旋转工作方式，不可能施以很大的倾角，因此本文共进行了动叶根、顶倾角同为士100、士5“、o“、15“、20“七种弯叶片方案的数值模拟.弯叶片的积迭线采用三次光滑曲线.七个方案进行流场数值模拟所采用的计算网格数均为83x40x40.

　　4结果分析

　　4.1弯叶片最佳倾角

　　压力恢复系数随倾角变化的规律中，可发现有最佳倾角存在:在最佳倾角附近压力恢复系数最大.这与文献中进行的静叶试验取得的结果相符和，参见图l。

　　4.2弯叶片径向串流与损失分布

　　反弯端部压力下降，反“C’，型分布;正弯端部压力增加，“C”型分布。动叶倾角为负值时两端部损失明显增大，在出口流场损失云图(图2)中可 以看到，上下1/3流场的损失比常规动叶相同位置处要高，这是由于负的倾角使流道中部压力大于两端部的压力，低能流体在反‘℃”型径向压力梯度的作用下向 端部流动，造成了端部损失加大，虽然叶栅中部损失有所下降，但总损失上升.