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- 航空涡轮损失预估方法研究
- 作者： 刘超 来源： 南京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 涡轮 流动损失 损失模型 计算流体动力学 气膜冷却 尾缘喷射
- 描述： 涡轮尤其是冷却涡轮，内部流动非常复杂，其流动损失理论性解析计算方法尚不成熟，而CFD方法计算周期长且工作量大，如使用较准确的涡轮经验损失模型则可有效提高涡轮叶栅设计和叶片造型工作效率。本文在综合近60年来国外多种非冷却及冷却涡轮损失模型的基础上全面阐述了它们的算法原理、基本假设和计算步骤，并进行了对比和讨论。同时利用C++开发一套损失计算软件来验证各模型的准确性。 非冷却方面，以自主设计的某双级涡轮第二级为研究对象，开展11种涡轮损失模型及计算流体动力学(CFD)计算结果的对比研究。利用软件计算了叶根、叶中、叶尖三个截面处静子、转子的损失和涡轮级效率，同时还预测了不同攻角和栅距下的损失变化。对比表明：Traupel模型、Zehner模型、Soderberg模型、AMDC模型、Kacher模型和Moustapha模型的效率计算结果较好，与CFD相差在0.1%~0.7%之间，其中Zehner模型和Kacher模型能准确地预测出非设计点不同攻角下的损失大小。 冷却方面，气膜冷却选取自主设计的涡轮并在静叶处采用源项点技术模拟气膜孔冷却，尾缘冷却则选取公开发表的带尾缘劈缝的平面叶栅。几种冷却模型对附加损失的计算结果表明：气膜冷却中，速度系数增量法模型和 Shapiro 修正模型能基本反应出附加损失和流量的关系，在相对流量0.05时与CFD结果相比分别相差14.9%和19.1%；尾缘冷却中，速度系数增量法和Schobeiri模型的计算结果与试验结果吻合较好，其中速度系数增量法的适用范围为相对冷气流量不超过0.05，而Schoberi模型的适用范围较大，能反映出大流量下损失的变化规律。