某微型軸流渦輪氣動分析與優(yōu)化設計.pdf

1、微型渦噴發(fā)動機具有推重比大、能量利用率高和成本低的優(yōu)勢，作為其核心動力部件的微型渦輪，則需要具有高效率、高通流能力、質量輕等特點。但是隨著尺寸的縮小，微型化效應的影響使得微型軸流渦輪損失顯著增加，損失結構比重發(fā)生明顯變化，使得微型渦輪效率遠遠低于常規(guī)渦輪，其中二次流損失顯著增加并占據(jù)總損失主要地位。因此，本文以降低微型軸流渦輪二次流損失為主要目的，以某微型渦噴發(fā)動機渦輪部件為基礎，利用計算流體動力學（CFD）軟件 CFX14.0對渦輪的

2、流場進行了全三維計算，湍流模型采用帶轉捩SST(shear stress transport)的N-S（Navier-Stokes）方程模型,然后開展了微型軸流渦輪彎、掠葉型和后加載葉型設計技術研究，也對其組合設計方法做了探索，最終確定了該渦輪的優(yōu)化方案。本文主要研究內(nèi)容主要包括：
　　1、開展了微型軸流渦輪靜葉彎葉型設計技術研究，在原型直葉片的基礎上保證葉片的翼型不變，改變?nèi)~型的積疊線，設計了幾種彎葉片方案：彎高為h/2不變，彎

3、角分別為10°、20°、30°的對稱彎和彎角為20°的“J”型彎。通過對彎葉片流場和整級渦輪性能的分析證明，彎葉片能夠改變渦輪內(nèi)部流場壓力分布，使其呈“C”型壓力分布，從而增加葉根處靜葉出口的氣流角，減小葉尖處靜葉出口的氣流角，這不但使渦輪葉片的氣動負荷有所降低，同時也增大了氣流的做功能力。
　　2、開展了微型軸流渦輪靜葉掠葉型設計技術研究，首先對此靜葉流場進行分析，進而結合掠葉型技術對流場的作用機理，最后確定對葉片兩端進行掠的處

4、理。通過對比不同掠的形式對靜葉通道流場的影響，確定了適合此葉輪的掠形式。同時分析了不同掠角（-30°,-20°-10°,10°，20°，30°）以及不同掠高（0.1，0.2，0.3，0.4，0.5）對渦輪靜子通道二次流動損失以及下游流動的影響。結果表明，隨著后掠掠角的增加，根部端壁區(qū)改善效果越明顯。而通道中部損失則呈增加趨勢，當掠角超過20°時損失增加幅度快于葉根的改善幅度。對于掠高，其作用效果與掠角類似。最終，通過以上研究結果確定了適

5、合此渦輪級的最佳后掠掠葉型為后掠掠角20°，掠高0.5。
　　3、開展了微型軸流渦輪靜子后加載葉型設計技術研究，研究了葉型厚度分布和中弧線周向弦長對葉型載荷分布、二次流動以及葉輪性能的影響。研究結果表明：中弧線是影響載荷分布的最主要因素，隨著中弧線弦長的減小，載荷重心逐漸后移，二次流動強度被削弱，流動總損失得到降低；葉型厚度分布則起到輔助中弧線的作用，適當增加葉型厚度不會降低葉輪性能；只有當這兩種幾何因素共同作用時，才能使葉輪呈現(xiàn)