某跨音速气冷涡轮三维气动优化设计研究.pdf

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1、第58卷第6期2016年12月汽轮机技术TURBINE7IIECHNOLOGYV01．58No．6Dec．2016某跨音速气冷涡轮三维气动优化设计研究唐晓雷，罗磊，温风波，周逊，王松涛(哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，哈尔滨150001)摘要：为了提高跨音速气冷涡轮的效率，减小涡轮内的二次流损失，基于弯叶片设计方法，编制了弯叶片生成程序，同时借助优化设计方法，对某高压涡轮进行了气动优化设计。优化过程中，在导叶中应用弯叶片技术，同时优化动叶进出口气流角，以适应动静叶间匹配的变化。优化结果显示，在流量及功率变化不大的前

2、提下，级效率较原型提高0．3％。效率提高的主要原因是优化后导叶中横向二次流损失减小。关键词：涡轮；叶型优化；跨音速；冷气掺混；弯曲叶片分类号：TK478．8文献标识码：A文章编号：1001-5884(2016)06-0405-053．DAerodyrnamicOptimizationDesignofAir．cooledTurbine访thTransonicBladeTANGXiao-lei，LUOM，WENFeng-bo，ZHOUXun，WANGSong-tao(SchoolofEnergyScienceandEng

3、ineeringHarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)Abstract：Toimprovetheefficiencyofair-cooledtr：allsomcturbinestage，andreducingthesecondaryflowlossintheturbine，acurvedbladeshapegeneratingpmgramWaSmadebasedontheoptimizingmethodsofbladecurving．Anoptimization

4、platformwasalsoestablishedtooptimizeahi【Shpressureair-cooledtransonicturbinestage．Toimpmvematchingconditionofthebladeandvane，bytlleusingofthecurvedbladeinthestationaryblade，theinletandoutletflowansleoftherotatingbladewasalsooptimizedinthe雕lfirfletime．Theresults

5、showthatthestageefficiencyisincreasedby0．3％withonlylittlechangeinthemassflowrateandpower．Thedecreaseofthetransversesecondaryflowlossinturbinevaneisthemainfactortoincreasetheefficiency．Keywords：turbine；bladeprofileoptimization；transonicspeed；啪Ⅱngairmi菇ng；curvedb

6、lade0前言随着现代航空发动机发展，科技工作者一直致力于提高发动机的效率，拓宽其安全工作的裕度。而涡轮作为航空发动机的重要部件，其内部流动的恶劣情况成为阻碍航空发动机发展的一个难题。为此，科技工作者进行了前仆后继的努力，在涡轮叶片设计方面做了大量的工作。从开始的可控涡设计¨。2J、倾斜叶片设计【3J、弯叶片设计H]，到后来的海豚形叶型设计”o及后部加载叶型设计№J，其中弯扭叶片设计取得了很大的成功，得到了相关学者的广泛认可。弯扭叶片设计方法是王仲奇院士于上世纪60年代初提出的，它开创了叶轮机械理论研究的新领域，引发

7、了一系列关于弯扭叶片理论分析、数值计算和实验模拟等方面的研究¨。。经过国内外学者多年来理论和实验的证实，弯扭叶片优化在降低损失、提高涡轮效率方面具有较明显效果。弯扭叶片优化的原理是通过选择叶片在端壁的倾角，控制叶栅内压力、速度的分布，合理组织低能流体的流动以达到降低二次流损失的目的¨J。查塞薹王查吐丘塑盐虚法，编制了弯叶片生成程序，同收稿日期：2016-04-29基金项目：国家自然科学基金委青年科学基金(51206034)。时搭建了三维优化设计平台，对某涡轮跨音速级叶型进行了三维气动优化设计，并对优化后的结果进行了细

8、致讨论。1弯叶片原理及三维叶片成型1．1弯叶片工作原理如图1所示，当叶片采取正弯设计的时候，通过改变叶片表面压力梯度的分布，形成一种两端高，中间低的C型压力分布。这种压力分布会促使端部位置的低能流体向中间聚集，从而减少端部的损失‘91。同时，这种设计也能降低叶作者简介：唐晓雷(1993一)，男，硕士研究生。研究领域为涡轮叶片气动设计。图1正弯叶