船舶汽輪機(jī)葉柵氣動(dòng)性能優(yōu)化與實(shí)驗(yàn).pdf

1、船用汽輪機(jī)一般由高壓汽輪機(jī)和低壓汽輪機(jī)兩部分組成，降低其通流部分葉柵氣動(dòng)損失是提高船用汽輪機(jī)性能的重要手段。為了有效提高船用汽輪機(jī)的效率，必須要針對(duì)高壓汽輪機(jī)和低壓汽輪機(jī)葉柵結(jié)構(gòu)不同的特點(diǎn)，采用相應(yīng)的方法改進(jìn)優(yōu)化高壓汽輪機(jī)和低壓汽輪機(jī)的葉型，降低氣動(dòng)損失。因此，本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法，對(duì)新型船用高壓汽輪機(jī)和低壓汽輪機(jī)的葉型以及如何降低氣動(dòng)損失進(jìn)行了深入的研究。
　　論文的主要工作可總結(jié)為以下四個(gè)部分：
　　第一部分對(duì)某

2、船用高壓汽輪機(jī)第八級(jí)和第九級(jí)靜葉片進(jìn)行了改進(jìn)。將兩級(jí)原型為均勻加載葉型的靜葉片，優(yōu)化設(shè)計(jì)成小前緣小圓的后加載葉片。并進(jìn)行了原型與改進(jìn)型50％葉高處的平面葉柵氣動(dòng)性能實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的后加載葉型能縮短吸力面下游逆壓梯度段的長(zhǎng)度，減小了逆壓梯度值，提高了沖角適應(yīng)性；同時(shí)優(yōu)化后的后加載葉型的薄出氣邊既提高了尾流區(qū)的基礎(chǔ)壓力，又降低了尾流區(qū)寬度。在小于臨界馬赫數(shù)的各種實(shí)驗(yàn)條件下，不同出口馬赫數(shù)和沖角的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)葉型的損失都低于原型。

3、
　　第二部分以某船用高壓汽輪機(jī)的末三級(jí)為研究對(duì)象，嘗試提高其效率。對(duì)于末三級(jí)的原型靜葉柵和優(yōu)化改進(jìn)型葉柵進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，發(fā)現(xiàn)原型流動(dòng)損失偏高的原因?yàn)閮?nèi)外端壁附近橫向二次流比較強(qiáng)烈，以及靜葉柵外端壁進(jìn)口子午型線的突擴(kuò)引起附面層流動(dòng)分離。應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)的后加載靜葉能把氣動(dòng)負(fù)荷峰值進(jìn)一步后移，這樣既可以減小內(nèi)外端壁前半流道的橫向壓力梯度，降低兩端壁附近的橫向二次流損失，又可以提高整個(gè)葉高流道內(nèi)汽流的膨脹度，降低整個(gè)葉高的總壓損失。同

4、時(shí)發(fā)現(xiàn)，需要末三級(jí)優(yōu)化改型與外端壁子午修型匹配，才能較大幅度地在多工況下降低末三級(jí)的流動(dòng)損失。
　　第三部分對(duì)某船用低壓汽輪機(jī)次末級(jí)和末級(jí)的動(dòng)葉片進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化研究。原型次末級(jí)動(dòng)葉片是直葉片，末級(jí)葉片是扭葉片，同時(shí)葉柵外端壁有較大的擴(kuò)散度。經(jīng)過(guò)改進(jìn)研究后，將兩級(jí)動(dòng)葉設(shè)計(jì)成優(yōu)化后的扭葉片，又把葉型吸力面的最低壓力點(diǎn)進(jìn)一步移向下游，并在葉片兩端盡可能地后加載，同時(shí)匹配以圓柱形外端壁。對(duì)于優(yōu)化前后的動(dòng)葉片環(huán)形葉柵進(jìn)行了靜態(tài)氣動(dòng)性能實(shí)驗(yàn)研

5、究。結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)優(yōu)化改進(jìn)后的動(dòng)葉片，削弱了葉柵兩個(gè)端壁區(qū)的橫向壓力梯度、以及外端壁的橫向二次流，降低了葉柵氣動(dòng)損失。
　　第四部分以某船用低壓汽輪機(jī)次末級(jí)和末級(jí)兩級(jí)為研究對(duì)象，應(yīng)用經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的新型低壓汽輪機(jī)動(dòng)葉葉柵，同時(shí)研究設(shè)計(jì)出與之對(duì)應(yīng)的新型靜葉葉柵，對(duì)原型低壓汽輪機(jī)的末兩級(jí)和優(yōu)化改進(jìn)后的低壓汽輪機(jī)末兩級(jí)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究與對(duì)比。通過(guò)多個(gè)方案的數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)：優(yōu)化后的方案，二次流損失和外端壁分離流動(dòng)損失降低，通過(guò)合理的動(dòng)靜葉匹