高速径流式涡轮转子叶顶间隙流动研究

摘要

叶轮与端壁之间的叶顶间隙是涡轮效率下降的重要因素。研究表明叶顶间隙越大，泄漏流动越强，对叶轮内气动性能影响越大。叶顶间隙流动研究是叶轮机械领域的热点和难点，人们至今并未完全认识其流动机理，而且目前研究侧重于低速轴流式叶轮，而对高速径流式叶轮研究不足，叶顶间隙大小方面，研究焦点在于大间隙，而紧密间隙的研究相对匮乏。近年来，涡轮增压器在发动机行业应用比例逐年上升。针对上述现状，本文研究主要目的是探究叶顶间隙，尤其是紧密间隙对叶轮内流动的影响，并探讨数值计算结果对湍流模型和叶顶间隙网格精度敏感性。
　　本文首先以NACA65-1810叶栅为研究对象，利用已有的实验数据，将实验与数值计算相结合，对本文采用数值计算方法进行评估；然后以高速径流式涡轮为研究对象，求解雷诺平均纳维-斯托克斯方程（RANS）,探究叶顶间隙对叶轮流场的影响。研究结果表明，目前并没有一种湍流模型能完全模拟叶轮内所有流动特征；足够的叶顶间隙展向网格精度是准确模拟间隙流动特征的前提条件，而间隙流动对间隙轴向和周向网格精度并不敏感；紧密间隙时，叶顶间隙进口流体处于低动量低能量状态而出现逆流现象；不同于大间隙，逆流改变紧密间隙区域温度场，高温区位于压力面侧，低温区位于吸力面侧，粘性效应强于压力效应；采用紧密间隙可减小泄漏涡流强度；涡轮总静效率随着叶顶间隙增大而线性下降，泄漏流量则大体上随叶顶间隙增大而上升。

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1.绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 叶顶间隙流动研究历史及现状

1.3 本文主要研究目的和内容

2 数值计算理论基础

2.1 引言

2.2 数值模拟方法

2.3 流动分离的判定

2.4拓扑分析方法

2.5本章小结

3 数值计算软件

3.1 引言

3.2 NUMECA简介

3.3 硬件平台

4 叶顶间隙流动数值模拟方法的评估

4.1 引言

4.2 湍流模型对计算结果的影响

4.3 网格精度对计算结果的影响

4.4 本章小结

5 涡轮转子叶顶间隙流动的定常模拟

5.1 引言

5.2 算例说明

5.3 计算结果分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 全文结论

6.2 研究展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢