非轴对称端壁控制高负荷叶片端区流动的数值研究.pdf

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1、第５８卷第４期汽轮机技术Ｖｏｌ．５８Ｎｏ．４２０１６年８月ＴＵＲＢＩＮＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡｕｇ．２０１６非轴对称端壁控制高负荷叶片端区流动的数值研究１１１２２钱潇如，李超，韩万金，李宇峰，鞠凤鸣（１哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，哈尔滨１５０００１；２哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨１５００４６）摘要：用数值模拟的方法研究了非轴对称端壁对端部流动的机理，分析了非轴对称端壁对横截面涡量和总压损失的影响。研究表明：在亚音速流动条件下，流道后半部分端壁区流动参数变化较小，降低后半端壁的翘曲幅度，均能进一步提高翘曲端壁对端壁流动的控制效果；端壁翘曲通过延长端壁附

2、面层流动、形成扩散性流道等途径降低了端壁横向压力梯度，减少了进入吸力侧壁角的端壁横流及其与吸力面相互作用产生的通道涡量，有效降低了端壁流动的总压损失。关键词：非轴对称端壁；流动机理；数值模拟；涡量；总压损失分类号：ＴＫ１２３文献标识码：Ａ文章编号：１００１-５８８４（２０１６）０４-０２６０-０３ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＥｎｄＷａｌｌＦｌｏｗＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＮｏｎ-ａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃＥｎｄＷａｌｌＣｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｆｏｒａＨｉｇｈＬｏａｄｅｄＢｌａｄｅ１１１２２ＱＩＡＮＸｉａｏ-ｒｕ，ＬＩＣｈａｏ，ＨＡＮＷａｎ-ｊｉｎ，ＬＩＹｕ-ｆ

3、ｅｎｇ，ＪＵＦｅｎｇ-ｍｉｎｇ（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｏｗｅｒａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ；２ＨａｒｂｉｎＴｕｒｂｉｎｅＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ，Ｈａｒｂｉｎ１５００４６，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｔｈｉｓｗｏｒｋｆｏｃｕｓｅｓｏｎｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｅｎｄｗａｌｌｆｌｏｗｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｎｏｎ-ａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃｅｎｄｗａｌｌａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｎｏｎ-ａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃｅｎｄｗａｌｌｏｎｖｏｒｔｉｃ

4、ｉｔｙｏｆｃｒｏｓｓ-ｓｅｃｔｉｏｎａｎｄｌｏｓｓｏｆｔｏｔａｌｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔａｓｍａｌｌｅｒｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｆｌｏｗｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｈｉｃｈｉｎｔｈｅｆｌｏｗｃｈａｎｎｅｌｌａｔｔｅｒｅｎｄｗａｌｌａｒｅａａｎｄａｒｅｄｕｃｅｄｗａｒｐａｇｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆｌａｔｔｅｒｅｎｄｗａｌｌａｒｅａｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｃｕｒｖｅｄｅｎｄｗａｌｌｏｎｆｌｏｗｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｕｎｄｅｒｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｓｕｂｓｏｎｉｃｆｌｏｗ．Ｔｈｒｏｕｇｈｅｘｔｅｎｄｉｎｇｔｈｅｅｎ

5、ｄｗａｌｌｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒａｎｄｆｏｒｍｉｎｇｄｉｆｆｕｓｉｏｎｐａｓｓａｇｅ，ｔｈｅｂｕｍｐｅｎｄｗａｌｌｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｌａｔｅｒａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｇｒａｄｉｅｎｔｏｆｅｎｄｗａｌｌ，ｔｈｅｃｒｏｓｓｆｌｏｗａｎｄｐａｓｓａｇｅｖｏｒｔｉｃｉｔｙｗｈｉｃｈｈａｓｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｃｒｏｓｓｆｌｏｗａｎｄｓｕｃｔｉｏｎｓｉｄｅｆｌｏｗ，ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅｌｏｓｓｏｆｔｏｔａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｄｕｃｅｄ．Keywords：non-axisymmetricendwall；flowmechanism；numer

6、icalsimulations；vorticity；lossoftotalpressure的作用，发现总二次流损失降低２５％，但是在研究中应用非０前言对称端壁成型没有得到任何有前途的结果。后来，Ｋｏｐｐｅｒ［３］等在高出口马赫数０．８５条件下，试验比较了轴对称与非轴面对日益加深的能源短缺与减重需求，高／超高负荷叶对称成型端壁叶栅的气动性能，给出了后者流动总损失下降［４］［５］片广泛应用于各种类型的涡轮机械，而且要求单列叶栅承担１７％的结论。Ｙａｎ等和Ｈａｒｖｅｙ等采用三维线性设计系的气动负荷愈来愈高。伴随着叶片负荷的提高，若不采取相统，优化设计了涡轮非轴对称端壁

7、，并将其应用于喷嘴导向应的措施，叶栅的气动性能将严重变坏，流动损失不但达到叶栅，同时运用代数混合长度模型进行数值模拟，模拟结果了不可忍受的程度，而且叶片的负荷也必然降低。文献［１］显示：非轴对称端壁削弱了流道横向压力梯度，降低了通道［６］指出，流动控制装置与尾流诱导转捩相结合，能够强化和支涡强度，从而减小了叶栅总压损失系数。Ｋｎｅｚｅｖｉｃｉ等在撑高升力概念。这意味着，针对影响高负荷叶栅流动损失的Ｃｕｒｌｅｔｏｎ大学低速线性叶栅风洞上，分别测量了具有常规端主要因素，采用有效的流动控制方法，能够在提高叶栅气动壁和非轴对称端壁的两套前加载高升力叶栅的气动性能，与负荷

8、的同时，保持流动效率与常