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原文传递船舶汽轮机叶栅气动性能优化与实验

论文题名：	船舶汽轮机叶栅气动性能优化与实验
关键词：	船用汽轮机;气动性能;数值模拟;流动损失
摘要：	船用汽轮机一般由高压汽轮机和低压汽轮机两部分组成，降低其通流部分叶栅气动损失是提高船用汽轮机性能的重要手段。为了有效提高船用汽轮机的效率，必须要针对高压汽轮机和低压汽轮机叶栅结构不同的特点，采用相应的方法改进优化高压汽轮机和低压汽轮机的叶型，降低气动损失。因此，本文通过实验和数值模拟的方法，对新型船用高压汽轮机和低压汽轮机的叶型以及如何降低气动损失进行了深入的研究。　　论文的主要工作可总结为以下四个部分：　　第一部分对某船用高压汽轮机第八级和第九级静叶片进行了改进。将两级原型为均匀加载叶型的静叶片，优化设计成小前缘小圆的后加载叶片。并进行了原型与改进型50％叶高处的平面叶栅气动性能实验。实验发现优化后的后加载叶型能缩短吸力面下游逆压梯度段的长度，减小了逆压梯度值，提高了冲角适应性；同时优化后的后加载叶型的薄出气边既提高了尾流区的基础压力，又降低了尾流区宽度。在小于临界马赫数的各种实验条件下，不同出口马赫数和冲角的实验结果表明，改进叶型的损失都低于原型。　　第二部分以某船用高压汽轮机的末三级为研究对象，尝试提高其效率。对于末三级的原型静叶栅和优化改进型叶栅进行了数值模拟研究，发现原型流动损失偏高的原因为内外端壁附近横向二次流比较强烈，以及静叶栅外端壁进口子午型线的突扩引起附面层流动分离。应用优化设计的后加载静叶能把气动负荷峰值进一步后移，这样既可以减小内外端壁前半流道的横向压力梯度，降低两端壁附近的横向二次流损失，又可以提高整个叶高流道内汽流的膨胀度，降低整个叶高的总压损失。同时发现，需要末三级优化改型与外端壁子午修型匹配，才能较大幅度地在多工况下降低末三级的流动损失。　　第三部分对某船用低压汽轮机次末级和末级的动叶片进行了改进优化研究。原型次末级动叶片是直叶片，末级叶片是扭叶片，同时叶栅外端壁有较大的扩散度。经过改进研究后，将两级动叶设计成优化后的扭叶片，又把叶型吸力面的最低压力点进一步移向下游，并在叶片两端尽可能地后加载，同时匹配以圆柱形外端壁。对于优化前后的动叶片环形叶栅进行了静态气动性能实验研究。结果表明：经过优化改进后的动叶片，削弱了叶栅两个端壁区的横向压力梯度、以及外端壁的横向二次流，降低了叶栅气动损失。　　第四部分以某船用低压汽轮机次末级和末级两级为研究对象，应用经过实验的新型低压汽轮机动叶叶栅，同时研究设计出与之对应的新型静叶叶栅，对原型低压汽轮机的末两级和优化改进后的低压汽轮机末两级进行了数值模拟研究与对比。通过多个方案的数值模拟研究发现：优化后的方案，二次流损失和外端壁分离流动损失降低，通过合理的动静叶匹配设计，削弱了正攻角带来的不利影响，使得改进后末两级的整体效率比原型方案明显提高。　　本文关于船用高压汽轮机和低压汽轮机叶栅的理论与实验研究结果，将为改善船用汽轮机性能，提高机组效率提供参考。
作者：	高雷
专业：	轮机工程
导师：	郑群
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文