计及壁面传热的微型向心涡轮气动设计探讨

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1、2014年7月第40卷第7期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsJuly2014V01．40No．7计及壁面传热的微型向心涡轮气动设计探讨丁超边磊邹正平(北京航空航天大学航空发动机气动热力重点实验室，北京100191)摘要：毫米级微型向心涡轮传热效应显著区别于常规向心涡轮，发展计及壁面传热效应的微型向心涡轮的气动设计方法对微型燃气轮机的设计具有重要意义．根据微型向心涡轮壁面非绝热的特点，通过理论分析，初步建立了计及固壁传热效应的微型向心涡

2、轮速度三角形的分析模型．在此基础上发展了计及传热效应的微型向心涡轮的气动设计方法．分析得到了考虑传热影响的微型向心涡轮设计规律．利用三维数值模拟手段对模型和设计方法进行了验证．结果初步表明所发展计及壁面传热效应的模型和微型向心涡轮气动设计方法具有较好的可行性．关键词：传热；微型；向心涡轮；设计方法；数值模拟中图分类号：V231．3文献标识码：A文章编号：1001—5965(2014)07-0947-06AerodynamicdesignofmicroradialinflowturbinewithwallheattransferD

3、ingChaoBianLeiZouZhengping(NationalKeyLaboratoryonAero—Engines，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Theheattransfereffectisasignificantdifferencebetweenthemicroradialinflowturbineandtheconventionalradialinflowturbine，SOitisveryim

4、portanttotakethewallheattransfereffectintoconsidera-tionwhendesigningamicroradialinflowturbine．Basedonthefeatureofnon-adiabaticwallinthemicrora-dialinflowturbine，andthroughtheoreticalanalysis，avelocitydiagramanalyticalmodelwasobtainedprelimi-narily．Onthatbasis，theaer

5、odynamicdesignmethodofthemicroradialinflowturbinewasdeveloped．Thenthedesignruleofthemicroradialinflowturbineconsideringwallheattransfereffectwassummarized．Finallyathree—dimensionalnumericalsimulationwascarriedouttoverifytheobtainedmodelanddesignmethod．Re-suitsshowtha

6、tthemodelanddesignmethodofthemicroradialinflowturbineconsideringwallheattransfereffectisfeasible．Keywords：heattransfereffect；micro；radialinflowturbine；designmethod；numericalsimulation由于微型燃气轮机存在着尺寸小、重量轻、功率密度高的优点¨。。，近几年其得到了越来越多的重视”-．作为微型燃气轮机的重要部件之一，微型向心涡轮的设计水平直接影响到微型燃气

7、轮机的整体性能．但微型燃气轮机内部的流动与常规燃气轮机存在着显著的区别"。3，例如微型燃气轮机的壁面厚度相对于常规燃气轮机更薄，涡轮与压气机的距离更小¨1，这些特点使得微型燃气轮机内的传热问题更加严重，在进行微型向心涡轮设计时就需要考虑壁面的传热效应．早在20世纪80年代Rautenberg等¨。就在对涡轮增压器的研究中指出涡轮对压气机的传热会对涡轮增压器整体性能造成不利影响．从20世纪90年代开始，美国麻省理工学院对微型燃气轮机进行了广泛研究一1，其在研制过程中发现传热会导致微型燃机性能下降是微型燃气轮机的关键技收稿日期：20

8、13-09—18；网络出版时间：2014-06-0318：07；DOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2013．0490网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／doi／lO．13700／j．bh．1001-5965．2013．0490