某型燃气轮机涡轮过渡段流场的数值模拟

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1、第42卷第1期2012年1月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．42No．1Jan．2012某型燃气轮机涡轮过渡段流场的数值模拟史峻，吴虎，宋石平(西北工业大学动力与能源学院，陕西西安710072)摘要：对某型燃气轮机涡轮过渡流道流场进行数值模拟，得到了与实验结果比较吻合的计算结果。结果表明：过渡段内流动为亚声速流动，沿流道有较大的逆压梯度．整流支板的作用类似于扩压叶栅。该方法与结果为此类过渡流道的设计提供了参考，并为以后的进一步改进和优化打下了坚实的基础。关键

2、词：涡轮过渡流道；整流支板；亚声速流动；逆压梯度；数值模拟中图分类号：V21l文献标识码：A文章编号：1671．654X(2012)01．0004．04NumericalSimulationofTurbineTransitionDuctFlowfieldSHIJun，WUHu，SONGShi—ping(SchoolofEngineandEnergy，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’口n710072，China)Abstract：Thenumericalsimu

3、lationresultsofthetransitionductflowfieldcorrespondwiththeexperimen—taldatamostly．Theresultsshowthat：airflowinthetransitionductiSsubsonic．thereiSalargeextentinadversepressuregradientandtheroleofthestrutfairingissimilartodiffusercascade．Thenumericalsim—ula

4、tionapproachandcorrespondingresultshavecontributedsubstantiallytowardsextendingthedatabasefordesigningsuchkindoftransitionductandlaysolidfoundationsforthetransitionductimprovementandoptimizationinthenextstep．Keywords：transitionduct；strutfiiring；subsonicfl

5、ow；adversepressuregradient；numefcalsimulation引言20世纪50年代出现的可装机使用的涡轮风扇发动机，由于其特有的技术优势，在现代的军用和民用发动机中已占据主流地位。作为大型客机的动力装置，涡扇发动机的主要优势在于：不仅能提供较快的飞行速度，而且具有良好的经济性和安全性。其中，衡量经济性的重要指标之一就是燃油效率。而为了提高涡扇发动机的燃油效率，通常采用较大的涵道比，从而导致风扇直径大幅度增加，高低压轴转速差距增大。因此，高低压涡轮之间的过渡是通过具有较大扩散度的

6、中间机匣实现(图1)。大扩散度带来的后果之一就是容易引起气流的分离，造成不可逆的损失。近年来，控制过渡流道气流流动分离，提高其效率已经成为研究的一个热点。美国NASA的超高效率发动机技术(UEET)把研究径向迅速增加的过渡通道(AggressiveTransitionDuct，ATD)作为提高发动机经济性的重要手段之一⋯。这是因为采用ATD，可以使得低压涡轮半径大幅度增加，在保持相同载荷水平的情况下，能大大降低图1大涵道比涡轮风扇发动机中的高低压涡轮过渡流道示意图低压涡轮的级数，从而带来推进系统长度和重量

7、大幅度降低。为了避免气流在ATD中的分离，他们采用了射流的方法对流动进行控制忙J。欧洲7个国家16个单位发起了为期4年的AIDA(AggressiveIntermediateDuctAerodynamics)研究计划旧1，旨在通过该计划，使得涡轮和压气机的过渡流道缩短20％，径向偏移增大20％，从而最终实现发动机重量降低1％～2％。单位燃油消耗率SFC降低1％，CO：排放降低2％的目标。本文根据相关的研究成果对某过渡流道进行了设计，并对70％的缩比模型做了三维CFD数值模拟，通过计收稿日期：201l—ll

8、一07修订日期：201l一12—27基金项目：国家自然科学基金项目资助(51076131)作者简介：史峻(1983一)，男，新疆乌鲁木齐人，硕士，主要研究方向为涡轮过渡流道的设计与优化。2012年1月史峻等：某型燃气轮机涡轮过渡段流场的数值模拟·5·算结果与实验结果的比较，试图找到适用于此类过渡段设计的计算模型与方法，从而为此类过渡流道的设计提供有益的经验与借鉴。1扩压器设计1．1轮毂及机匣型线的设计对于流道中弧线采用以下5次