为快速确定反动度的合理取值范围,加快涡轮设计流程及完善气动设计体系,对考虑动叶进口相对总温的高压涡轮反动度可行域及多约束下反动度的可行域进行研究。采用"等效单级涡轮"的思路建立反动度与动叶进口无量纲相对总温之间的关系式以及采用速度三角形方法建立多约束条件下反动度可行域的计算方法。研究显示:当级负荷系数和膨胀比一定时,相对总温随反动度降低而降低。反动度降低0.1,则无量纲相对总温降低0.012。涡轮进口总温越高,反动度对相对总温影响幅度越大。当级负荷系数大于某值或膨胀比低于某值时,反动度均存在最大值。为保证气动方案具有较低值动叶进口相对总温和较高的效率,若膨胀比一定时,应选择较小的反动度和级负荷系数的设计思路,若级负荷系数一定时,对于单级涡轮反动度取值应较高,对于双级涡轮反动度取值应减小。建

采用实验与数值模拟相结合的手段,从涡动力学的角度阐述了弯叶片降低能量损失的机理.研究了在不同攻角、不同出口马赫数、不同弯角条件下涡轮叶栅流场内主要旋涡的生成与发展;并通过与直叶栅的对比,研究了叶片弯曲对马蹄涡起始分离点位置及对通道涡位置强度的影响,从截面涡结构入手,分析了叶片弯曲这种边界条件的改变方式对通道涡稳定性的影响;通过分析在不同气动条件下通道涡对损失贡献的差异指出了在通道涡强度与尺度较大的叶栅,叶片弯曲不但会直接通过改变通道涡的强度,减少通道涡本身的损失来影响损失的大小,同时也会通过对通道涡位置的改变来影响损失的分布与大小.

通过求解N-S方程对流场进行数值模拟,已成为研究透平机械的一个重要手段.而建立合适的转捩模型能够使流场数值模拟更为准确.本文作者利用现有的试验数据对Abu-Ghannam andShaw[1]转捩模型(AGS转捩模型)进行了修正,提出了利用弧长雷诺数模型确定转捩区长度的思想,并对计算结果与试验值进行了比较.

边界层转捩流动的特征参数明显不同于层流或湍流,转捩流动的这些特征直接影响着流体的动力、传热特性.而通过有效地控制转捩起点、转捩区长度就可以有效改善流动效率.

对比研究了直叶片叶栅与弯叶片叶栅吸力面角区和下端壁流场显示的不同表现，发现弯叶片对角区分离流结构影响较大，它对减小端区马蹄涡尺度和减弱横向二次流作用明显。将不同叶栅中三维流向涡（通道涡和集中脱落涡）沿流向截面内的位置与强度作为研究对象，细致地分析了在采用弯叶片前后涡位置和强度的变化，分析表明两种涡的位置受弯叶片影响较大；通道涡沿流向的强度变化受弯叶片影响较为明显，而集中脱落涡强度受弯叶片影响却很小。来流马赫数、叶型折转角和稠度在一定范围内对弯叶片作用有规律性影响：当马赫数为0．7时，最佳弯角弯叶片降低损失7％．而马赫数为0．2时，最佳弯角弯叶片降低损失仅4％。

本文采用数值模拟的方法,对某型涡轮动叶,计算了±10°、±5°、0°、15°、20°七种倾角下的动叶流场,流场模拟的结果表明,采用正弯叶栅能够减少二次流损失,使总损失与常规动叶相比下降了约10%,并加强了下通道涡,上通道涡减弱.

应用三维粘性流计算程序对某型两级涡轮进行了数值模拟,该程序采用具有TVD性质的三阶精度Godunov格式,湍流模型为B-L代数模型,计算中考虑了变比热的影响.结果分析表明,由于该涡轮是采用考虑损失的S2流面及单列粘性流计算设计的,没能很好地反映气流角的匹配问题,因此在第二级静叶中存在较大的正攻角,这使得第二级静叶采用后部加载叶型的作用不大,没有达到减少二次流损失的目的.因此,在气动设计中进行多级粘性流的匹配计算是必要的.