正弯静叶透平级静、动叶间吸漏气对级气动性能影响的试验和计算分析

摘要

本文应用实验方法结合数值分析手段，对正弯静叶的冲动式透平级进行了空气透平吹风实验研究和详细的数值流动分析，重点分析静、动叶根部吸漏气时静、动叶间根部的流动现象和对级性能的影响。 在空气透平实验台上，对正弯静叶级进行级性能试验，试验包括两个部分（1）在等压比，无吸漏气时级效率、流量系数、反动度随速比的变化；（2）在等压比，速比0．5下，静、动叶间根部吸漏气量变化对级性能的影响。 采用NUMECA商用计算流体力学软件，对实验中的模型级进行数值计算分析，计算内容与试验基本相同，并与试验结果进行对比分析。为加深对正弯静叶级静、动叶间根部吸漏流动的认识，对采用与正弯静叶相同叶型的直叶片静叶级进行了静、动叶间根部吸漏气的数值模拟，并与正弯静叶级的结果进行了对比。 通过实验和数值计算两种手段，分析了正弯静叶级的级性能和静、动叶间腔室的吸漏现象及对级性能的影响。分析得到，静、动叶间腔室的吸漏对级性能有很大的影响，隔板汽封漏气进入主流对主流有严重干扰，会对级性能产生很大的不利影响。少量的漏气能够减薄动叶根部壁面进口的附面层，减少动叶根部端损，提高级效率。 本文工作对研究级的隔板汽封、平衡孔的设计以及正弯静叶的应用，具有比较有用的学术价值，对指导汽轮机通流部分的设计及其改进优化具有一定的工程实用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 综述

1.1 研究背景及其意义

1.2 国内外研究回顾

1.2.1 实验研究

1.2.2 数值计算

1.3 正弯叶片定义及其作用

1.4 本文的研究意义和主要工作

第二章 单级空气透平试验

2.1 引言

2.2 试验台及试验内容介绍

2.2.1 单级空气透平试验台

2.2.2 试验件

2.2.3 测量仪器

2.2.4 测量参数

2.3 数据整理

2.3.1 级特性试验时的数据整理

2.3.2 空转功率

2.4 试验结果及分析

2.4.1 吸漏气量为零时，级性能的试验结果

2.4.2 静、动叶间吸、漏气对级效率的影响

2.4.3 静、动叶间叶根吸漏气对级反动度及流量系数的影响

2.4.4 叶轮与隔板之间腔室中的壁面静压

2.5 级效率的误差分析

2.6 本章小结

第三章 数值计算

3.1 引言

3.2 计算模型级介绍

3.3 数值计算方法及网格划分

3.3.1 控制方程及湍流模型

3.3.2 数值计算方法

3.3.3 边界条件

3.3.4 网格划分

3.4 计算方案及数据的整理

3.4.1 计算结果的数据整理

3.4.2 计算方案

3.5 正弯静叶级计算结果汇总

3.5.1 效率与损失

3.5.2 反动度

3.5.3 流量系数

3.5.4 静、动叶间根部吸漏气时静、动叶间腔室压力变化

3.6 正弯静叶级计算结果与试验结果的比较分析

3.6.1 基本级计算结果与试验结果的比较分析

3.6.2 静、动叶间叶根吸漏气对级性能影响的比较分析

3.6.3 静、动叶间根部及腔室压力变化计算与试验结果比较

3.7 直叶片静叶级计算结果汇总及与正弯静叶级的对比分析

3.7.1 直叶片静叶级计算结果汇总

3.7.2 直叶片静叶级与正弯静叶级计算结果对比

3.8 本章小结

第四章 结论和展望

4.1 结论

4.2 展望

致谢

参考文献