超/跨音涡轮激波现象及调控措施研究

发布时间：2023-10-14 08:08

　　传统的涡轮设计方法已经得到广泛应用,但是其有一个重要假设,即静叶和动叶是在相对稳定环境下工作。在超跨音以及偏离设计工况条件下,采用定常条件作出的设计方法将产生很大的偏差。超跨音涡轮中激波及其伴生现象对流场产生了不利影响,成为掣肘涡轮性能提升的关键因素。因此涡轮级内的非定常流动及激波问题是现在国内外学者的重要研究领域。本文为深入研究超跨音涡轮中的非定常流动及激波问题,以理论分析和数值模拟为主要手段,开展了如下工作:以奥地利格拉茨工业大学设计的TTM超跨音涡轮为研究对象,利用专业的叶轮机械数值模拟软件NUMECA对其进行非定常数值模拟,揭示了涡轮中的基本激波结构及损失机理,研究了激波与尾迹的相互干涉作用。在五种工况条件下,利用伴随方法对TTM超跨音涡轮进行优化,分析了优化前后的叶型、整体性能变化,以及涡轮级的流场变化。伴随方法可以弱化激波,并改善涡轮级的流场性能,提出了在近设计工况点优化超跨音涡轮可以得到较好结果的观点。以某超跨音涡轮中展截面作为研究对象,设计三种轴向间距,利用Fluent对其进行非定常数值模拟,对比了三种轴向间距下定常与非定常结果的差异,分析了轴向间距对涡轮压力分布、激波...

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 航空燃气轮机涡轮部件发展历程
    1.3 航空燃气轮机设计的难点及分析
    1.4 本文的主要研究内容
第二章 超/跨音涡轮级激波现象数值模拟
    2.1 引言
    2.2 数值方法
        2.2.1 NUMECA软件简介
        2.2.2 控制方程
        2.2.3 控制方程的离散方法
        2.2.4 非定常计算方法
        2.2.5 湍流模型
    2.3 计算域网格的划分
        2.3.1 近壁面网格尺度的确定
        2.3.2 网格拓朴结构
        2.3.3 网格质量检查
        2.3.4 交接面处理方法
    2.4 超跨音涡轮物理模型简述
    2.5 计算结果及分析
        2.5.1 定常/非定常研究结果对比
        2.5.2 非定常研究结果
    2.6 本章小结
第三章 弱化激波涡轮叶片
    3.1 引言
        3.1.1 目标函数
        3.1.2 流动方程及其边界条件
        3.1.3 伴随方程及其边界条件、敏感性关系
        3.1.4 气动优化一体化
    3.2 设计应用
    3.3 本章小结
第四章 轴向间距对涡轮激波结构及性能研究
    4.1 引言
    4.2 数值计算方法
        4.2.1 计算模型
        4.2.2 计算方法
        4.2.3 控制方程
        4.2.4 边界条件
    4.3 高背压工况计算结果
        4.3.1 定常模拟结果
        4.3.2 非定常模拟结果
    4.4 低背压工况计算结果
        4.4.1 定常模拟结果
        4.4.2 非定常模拟结果
    4.5 结论
第五章 多级叶轮机网格快速生成程序BitMesh开发
    5.1 引言
    5.2 基本原理与方法
        5.2.1 基本框架介绍
        5.2.2 BitMesh生成网格的基本过程
        5.2.3 网格生成部分原理介绍
    5.3 程序功能
        5.3.1 叶片根部倒圆功能
        5.3.2 单通道多排叶片网格功能
        5.3.3 单排多叶片网格功能
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢



本文编号：3853928