涡轮内部非定常特性研究

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1、中图分类号：V231.3论文编号：102870215-S058学科分类号：082502硕士学位论文涡轮内部非定常特性研究研究生姓名杨兵学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向叶轮机气动力学指导教师葛宁教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringAnalysisofUnsteadyCharacteristicsinTurbineATh

2、esisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyYangBingAdvisedbyProf.GeNingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构

3、的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要先进航空发动机高推重比、低耗油率的发展方向对涡轮的设计提出了更高的要求，即更高的气动效率和更为有效的冷却方案。涡轮内部流动本质上是非定常的，不同尺度的非定常流动相互耦合。研究涡轮内部非定常流动的基本特征，弄清涡轮内部多尺度非定常流动之间相互作用过程和物理机制，对于高性能发动机高压涡轮改型设计

4、具有十分重要的意义。本文以课题组自主开发的流体计算软件NUAA-Turbo为基础，发展并完善软件中的叶轮机械全三维非定常数值模拟方法，并对涡轮内部的非定常流动现象进行深入研究：3首先，为了验证NUAA-Turbo软件的工程实用性和可靠性，分别选取了PW-E高负荷单级高压涡轮及2F涡轴发动机的涡轮部件作为算例对其进行了校核。稳态计算下得到的涡轮总体性能参数、静压分布以及各排进出口气流角等参数与实验值吻合良好。3其次，发展了软件中涡轮叶尖间隙流动计算方法，以GE-E双级高压涡轮为例准确模拟了叶尖泄漏流动的典型流动结构，分析了其对涡轮气动

5、性能的影响。在此基础上，进一步对上游叶排尾迹与下游叶排通道涡及泄漏涡等二次流的相互作用过程及作用机理进行了深入研究。3最后，针对高压涡轮进口温度畸变问题，采用交接面缩放方法对PW-E单级高压涡轮进行了三维非定常数值模拟。准确模拟了热斑的衰减和非定常迁移过程；通过热斑来流与均匀来流下的计算结果进行了对比，研究了热斑效应对涡轮气动参数及换热特性的影响规律。关键词：高压涡轮，非定常流动，NUAA-Turbo，泄漏流动，热斑I涡轮内部非定常特性研究ABSTRACTThedevelopmenttrentsofhigherthrust-weig

6、htratioandlowerspecificfuelconsumptioninaero-engineputafurtherdemandonthedesignofgasturbine,whichrequireshigheraerodynamicefficiencyandmoreeffectivecoolingmeasures.Itisknownthattheflowinturbomachinesisinherentlyunsteadyduetotherelativemotionofadjacentbladerows.Asaresul

7、t,differentscalesofunsteadyflowinteractsinthepassage.Anin-depthunderstandingoftheunsteadyinteractionprocessanditsphasicalmechanismiscrucialtothedesignandimprovementofadvancedturbine.Alltheinvestigationsinthisthesiswereconductedinthebasicofin-houseCFDsoftwareNUAA-Turbo,

8、meanwhilemucheffortwasalsotookintheoptimizationandimprovementof3Dunsteadycalculationmethods.Theworkhereinislistasfoll