单级低压涡轮气动设计方法研究_张培(3)

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和Q2/(见图2(b)),后缘半径rc/2;采2/=d2/2=Q0Q2

平衡方程,即可得到各种气动参数,用于下一步开展平面叶栅设计。

表1 单级涡轮基本的设计参数参数名设计点流量(kg/s)设计点转速(r.p.m)理论涡轮功(kJ/(kg/s))

进口总温(K)进口总压(kPa)导叶zweifel数动叶zweifel数

数值4.0801300056.731360187.5370.8088/430.9051/

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用/给定被插值点一阶导数向量的3次NURBS曲线插值0算法,进行后缘几何造型,如图3所示,已知3个被插值点Qk,k=0,1,2,的坐标,为确保曲线光顺,后缘曲线必须与上、下型线在点Q2/、Q0/处一阶导数连续(见图3中切向量D 、2D ),同时要求前缘点Q1/处的切向量 D1与气流角B2的方向0垂直;图2(b)表明,算法改进后生成的后缘几何远好于原算法的。同时,CFD计算验证了算法改进有效消除后缘附近的低能阻塞区,见图4/改进后0

。

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图3 NURBS

曲线插值算法示意图

图5

单级涡轮子午流道尺寸

图4 后缘几何气动性能改进前后比较

4 叶片积叠方式

涡轮导叶静止不受离心应力的作用,所以在作者的仿真程序中,给出了三种积叠方式:前缘积叠、重心积叠、后缘积叠;由于离心力的作用,动叶只能采用重心积叠的方式。平面叶栅中,叶型由若干离散点构成,故叶型即平面多边形,假定叶型密度均匀分布,所以叶型重心即多边形的型心,得以化繁为简求出叶型重心。

图6

动叶出口环量沿叶高分布

5 应用实例

已知一单级涡轮基本的设计参数(表1),和涡轮子午流道尺寸(图5),且流动工质为空气,对其开展环向叶栅气动外形设计。如图5所示,在子午流道内设置7个计算站。选定动叶出口计算站上的0%(叶根)、33%、66%、100%(叶尖)叶高,给出具体的环量和涡轮功大小,利用2次NURBS曲线插值。出于改善端壁流场的目的,在总加工量不变的前提下,适当增加了叶中的做功能力,减小了叶根和叶尖的做功量,见图7。至此,通流设计参数设置完毕,求解完全径向

在上述平面叶栅反设计方法中,除叶栅进、出口气动参

图7 涡轮功沿叶高分布

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