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原文传递变几何涡轮性能研究

论文题名：	变几何涡轮性能研究
关键词：	变几何涡轮;叶片设计;流场情况;数值模拟;压力分布
摘要：	由于燃气轮机工作环境的复杂性,使其常常需要在变工况条件下进行工作,因此变几何技术得到了广泛的发展和应用。相对于固定几何发动机,燃气轮机的变几何技术有效地改善了非设计工况下的工作状况,使燃气轮机能够更好地匹配各部件之间的性能。本文重点通过改变某型涡轮第一级叶片的静叶安装角对该涡轮进行了变几何技术方面的研究。在涡轮采用变几何技术的过程中可调导叶机构和驱动轴机构通常会使叶片端部出现一定的间隙,造成端部流体的流动状况发生变化,出现绕流和泄漏等现象,这种损失将对涡轮效率产生较大的影响。因此,研究可转导叶、驱动轴机构在变几何条件下的流场性能就是研究如何减小损失对涡轮效率的影响,具有非常重要的研究价值和意义。　　本文首先从涡轮叶片设计的角度完成了以完全径向平衡方程和简单径向平衡方程为出发点的叶片等环量设计方法、等α1角设计方案、可控涡设计方法和压力可控涡叶片设计方法的理论推导。对上述五种不同设计方法的对比研究表明在静动叶出口的轴向速度、绝对出口气流角、出口环量以及反动度呈现不同的分布规律的情况下,不同的涡轮叶片设计方法各具有优缺点和适应性。在分析研究的基础上,本文采用了压力可控涡叶片设计方法进行了涡轮叶片的设计工作。　　其后本文针对该涡轮的第一级静叶进行了可转导叶机构的研究,重点研究了三种不同方案下的流场情况,进而完成了对涡轮性能的分析。探讨了影响涡轮效率的因素,重点阐释了横向压力梯度在间隙流动损失中所起到的作用以及泄漏涡的形成发展。以静叶为研究对象,先后对比了有间隙静叶、无间隙静叶、带驱动轴静叶三种方案下的参数分布情况。在上述不同方案的基础上,进一步研究了静叶出口参数变化对动叶的影响。最初研究对比了三种方案下的动叶顶部间隙泄漏量,此后相继分析了静叶出口气流角、动叶进口气流角的变化、熵值云图等一系列参数的变化情况。　　最后本文在涡轮静叶-6、-3、0、+3、+6度五种不同开度情况下对涡轮第一级进行了数值模拟。对比上述五种情况下可转导叶的压力分布、流场分布以及总压损失系数分布,深入探讨了不同方案下静动叶各种参数分布的异同,分析得出不同角度下泄漏涡的发展情况得出静叶可转时泄漏涡造成涡轮内能量损失的变化情况。
作者：	张铭硕
专业：	动力工程
导师：	岳国强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文