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1、国内图书分类号：TK14学校代码：10213国际图书分类号：621.165.53密级：公开工程硕士学位论文大膨胀比涡轮级内流场数值研究硕士研究生：刘广涛导师：黄洪雁教授申请学位：全日制工程硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2012年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK14U.D.C:621.165.53DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringNUMERICALINVESTIGATIONONFLOWFIELDOFLARGEPRESSURERATIOTURBINESTAGECandidate：
2、LiuguangtaoSupervisor：Prof.HuanghongyanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringSchoolofEnergyScienceandAffiliation：EngineeringDateofDefence：July,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要膨胀比在30以上的涡轮级在国防体系和国民经济中都发挥着重要的作用。这类涡轮级体积小，膨
3、胀比大，负荷高，能流密度大，能满足很多特殊工作用途的需要。本课题针对该类型的涡轮级进行了通流气动设计、三元定常和非定常气动计算，揭示了这类涡轮级内流场的精细结构。确定涡轮级的结构形式和主要工作部件（斜切形喷管和高负荷动叶）的设计理论，并且对涡轮级进行损失分析。编写了高膨胀比涡轮一元流气动设计程序、喷管造型程序和冲动式动叶叶片造型程序。设计的涡轮级以过热蒸汽为工质，进出口膨胀比为35，采用拉伐尔型喷管，动叶入口绝对马赫数2.5左右，局部进气率在0.4以下。在高负荷涡轮级一维气动设计结果的基础上，进行三维设计。根据三维定常数值计算结果，对涡轮级内流场的细节进行分析，包括喷管间的相互影响，喷管
4、尾迹，激波与附面层的相互作用，动叶流道内部的旋涡运动以及进气弧段同非进气弧段之间的流动差异等方面。对高负荷涡轮级进行三维非定常数值计算。对涡轮级内部流动的非定常性进行考察，重点探讨了喷管尾迹在动叶流道中的输运，以及对动叶叶栅气动载荷分布的影响。关键词：涡轮；大膨胀比；超声速；非定常；数值计算I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThesinglestageturbines,whosepressureratioismorethan30,playanimportantroleinnationaldefensesystemandeconomy.Theircharacteristics
5、,suchassmallvolume,largepressureratio,highload,largeenergydensity,etal,cansatisfytheneedsofmanyspecialoccasions.Inthispaper,ananalysis,whichincludesthrough-flowpneumaticdesign,3Dsteadyandunsteadypneumaticcalculations,isperformedtoinvestigatetheflowdetails.Thestructureformofthiskindturbines,thedes
6、igntheoryofmainworkingcomponents(scarfednozzleandhigh-loadblade),andthelossinturbinearestudied.1Dpneumaticdesign,nozzlemodelingandimpulsiveblademodelingarecarriedoutbyprogram.Theturbinedesignedusesthedrysteamandthepressureratiois35,whiletheoutletMachnumberofscarfednozzleis2.5,whichisachievedbyusi
7、ngsupersonicnozzle.Basedonthe1Dpneumaticdesignresultofthehigh-pressure-ratioturbine,3Ddesignisprocessed.Accordingto3Dnumericalcalculationresult,theflowdetailsarestudied,includingtheinteractionamongthenozzles,thenozzlew
