PSE方法在葉片表面流動(dòng)穩(wěn)定性預(yù)測(cè)中的應(yīng)用研究.pdf

1、針對(duì)在葉輪機(jī)械內(nèi)對(duì)效率影響顯著的邊界層轉(zhuǎn)捩問(wèn)題，本文結(jié)合已有的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)求解PSE方程，給出了一套可有效分析、預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)邊界層穩(wěn)定性的數(shù)值求解方法。
　　本文推導(dǎo)了正交曲線坐標(biāo)系下穩(wěn)定性PSE方程，使穩(wěn)定性方程擴(kuò)展為適合葉輪機(jī)械表面型線的正交曲線坐標(biāo)系計(jì)算，并給出了穩(wěn)定性方程離散和數(shù)值差分求解的方式。在現(xiàn)有葉柵葉片表面靜壓分布實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，結(jié)合曲線坐標(biāo)系下Falkner-Skan-Cooke方程求解葉柵表面邊界層的平均流

2、動(dòng)解。將求解結(jié)果作為初值帶入到穩(wěn)定方程中。編制了整個(gè)求解過(guò)程的計(jì)算程序。穩(wěn)定性方程特征值求解分別采用全局法和區(qū)域法方法。應(yīng)用eN模型作為邊界層轉(zhuǎn)捩預(yù)測(cè)和穩(wěn)定性比較的數(shù)值判據(jù)以評(píng)定葉柵內(nèi)邊界層流動(dòng)的穩(wěn)定性。并將以上算法應(yīng)用于透平和壓氣機(jī)葉片表面邊界層穩(wěn)定性分析中。
　　本文計(jì)算分析了600Mw超臨界汽輪機(jī)高壓第八級(jí)汽輪機(jī)動(dòng)葉及靜葉兩套葉柵吸力面邊界層流動(dòng)的穩(wěn)定性及變沖角性能，兩套葉柵均采用后部加載葉型。穩(wěn)定性分析表明，在渦輪葉柵中，

3、葉柵中部流動(dòng)最為穩(wěn)定，而兩端壁附近的流動(dòng)相對(duì)不穩(wěn)定。
　　通過(guò)分析后部加載葉柵的變沖角特性，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)沖角改變后，葉柵兩端壁邊界層所受的影響最為顯著，而葉柵中部邊界層幾乎不隨沖角變化。由此看來(lái)，采用后部加載葉型，使葉片吸力面壓力點(diǎn)移到60％軸向弦長(zhǎng)之后，可有效推遲轉(zhuǎn)捩發(fā)生，提高葉柵表面邊界層穩(wěn)定性，以及削弱葉柵的沖角對(duì)氣流變化的敏感性。
　　為了研究來(lái)流條件變化對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴葉柵邊界層穩(wěn)定性的影響，計(jì)算了600Mw超臨界汽輪

4、機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴葉柵邊界層流動(dòng)的穩(wěn)定性。結(jié)果表明，外界條件的改變?cè)诤艽蟪潭壬嫌绊懭~柵表面邊界層流動(dòng)的穩(wěn)定性。當(dāng)來(lái)流速度增加時(shí)，雷諾數(shù)會(huì)隨之增加，并導(dǎo)致流動(dòng)穩(wěn)定性變差。若通過(guò)改變?nèi)~柵幾何尺寸，保持雷諾數(shù)不變，只增加馬赫數(shù)，來(lái)流馬赫數(shù)的增加會(huì)在一定程度上提高流動(dòng)穩(wěn)定性。另外，來(lái)流擾動(dòng)頻率也是影響葉柵邊界層穩(wěn)定性的重要因素。當(dāng)擾動(dòng)頻率發(fā)生變化時(shí)，存在一個(gè)擾動(dòng)放大率的最大極值點(diǎn)，在極值點(diǎn)附近擾動(dòng)最容易放大，邊界層也最容易發(fā)生轉(zhuǎn)捩。
　　本文還

5、探討了在常見葉柵的改型設(shè)計(jì)中，二次流的變化對(duì)邊界層流動(dòng)穩(wěn)定性影響。在對(duì)具有大擴(kuò)張角外端壁的渦輪靜葉柵的流動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，在該類渦輪靜葉柵中，具有大擴(kuò)張角的外端會(huì)引起葉柵頂部邊界層增厚，轉(zhuǎn)捩甚至分離，降低葉頂附近流動(dòng)的穩(wěn)定性。在該類渦輪靜葉柵中如果葉頂采用前掠葉片，可削弱外端壁大子午擴(kuò)張角對(duì)葉片頂部區(qū)域流動(dòng)產(chǎn)生的不利影響。
　　本文最后討論了葉片彎曲對(duì)擴(kuò)壓葉柵壁面邊界層流動(dòng)穩(wěn)定性的影響，分析了直葉片和具有不同彎曲角的彎葉片葉柵的