高压涡轮机内流场数值模拟研究

《高压涡轮机内流场数值模拟研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文高压涡轮机内流场数值模拟研究硕士研究生：洪军伟指导教师：于俊卫教授学科、专业：航空宇航科学与技术论文主审人：贺征副教授哈尔滨工程大学２０１８年３月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文高压涡轮机内流场数值模拟研究硕士研究生：洪军伟指导教师：于俊卫教授学位级别：工学硕士学科、专业：航空宇航科学与技术所在单位：航天与建筑工程学院论文提交日期：2017年12月27日论文答辩日期：2018年3月11日学位授予单位：哈尔滨工程大

2、学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngNumericalSimulationofInternalFlowFieldinHighPressureTurbineCandidate:HongJunweiSupervisor:Prof.YuJunweiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:AeronauticalandAstronauticalScienceandTechno

3、logyDateofSubmission:Dec.27,2017DateofOralExamination:Mar.11,2018University:HarbinEngineeringUniversity高压涡轮机内流场数值模拟研究摘要水反应高压涡轮机由于采用水反应金属燃料，具有很高的能量密度，燃烧产物的温度很高，因此需要进行喷水冷却以降低工质温度，这样在涡轮机通流部分流场中就产生了气固两相流，流动很复杂。同时本文设计的水反应高压涡轮机膨胀比较大，涡轮机通流部分气流速度很高达到超音速，因此其内部流动十分复

4、杂，有必要对水反应高压涡轮机通流部分的流场进行研究。首先，根据叶轮机械一元流动理论设计了本文所使用的涡轮机，涡轮机的喷管采用的是拉法尔钻孔喷管，转子使用冲动式对称叶片，涡轮机为局部进气式。使用FLUENT软件研究涡轮机通流部分纯气相流场内的气体流动状态，重点研究涡轮机内两个喷管内的流动情况、气流的周向不均匀性、气流在进气弧段和非进气弧段的流动情况和损失机理以及各个叶片的做功能力，并与理论计算结果对比，验证本文数值模拟时所使用的模型以及算法的准确性。然后使用FLUENT软件中的离散相模型对某水反应高压涡轮机的

5、气固两相流场进行数值模拟，分析通入Al2O3颗粒后的流场与纯气相流场的不同之处，重点研究颗粒粒径和颗粒质量分数对涡轮机功率和效率的影响以及通入Al2O3颗粒对涡轮机通流部分流场的影响。最后运用理论分析的方法研究涡轮机在变工况下的特性，得到不通入Al2O3颗粒条件下涡轮机在非设计工况下的特性参数变化规律，然后运用数值模拟的方法研究通入Al2O3颗粒涡轮机在喷管入口总压、动叶出口背压、喷管入口总温以及转速单独变化时对涡轮机功率和效率的影响。关键词：水反应金属燃料；部分进气；高压涡轮机；气固两相流；变工况高压涡轮

6、机内流场数值模拟研究ABSTRACTWaterreactionhighpressureturbinehasveryhighenergydensityandhighworkingtemperatureduetotheuseofhydroreactivemetalfuel.soitneedstobecooledwithwatertoreducethetemperatureoftheworkingfluid.Therefore,gas-solidtwophaseflowoccuredintheflowfieldo

7、fturbine,andtheflowisverycomplicated.Atthesametime,thewaterreactionhighpressureturbinedesignedinthispaperhasarelativelylargeexpansion,andtheflowvelocityintheflowpathoftheturbineisveryhighuptosupersonicflow.Therefore,theinternalflowisverycomplicatedanditisn

8、ecessarytoresearchtheflowfieldintheflowpathofthewaterreactionhighpressureturbine.Firstofall,accordingtotheunidimensionalflowtheoryoftheimpellermechanical,theturbineusedinthispaperisdesigned.Thenozzleandrotoro