蒸汽涡轮复速级传统设计概念的数值研究

摘要

本文采用商业软件CFX，数值模拟了按传统设计概念设计的某船用蒸汽涡轮复速级的气动特性。由于在传统复速级设计概念中，级的焓降基本由起调节作用的第一列喷管承担，后继叶列的叶高能够较快地增高，这对降低后继叶列的端部损失起到了良好作用。此外，更重要的是传统设计概念复速级是按纯冲动式设计，选择小速比，复速级承担整个机组70%的焓降，能够达到船用蒸汽涡轮重量轻、结构紧湊的设计要求。
　　但是，由于在机组中复速级喷管位置最靠前，蒸汽参数高，叶片短，为了实现调节功率的目的，全圆周分设三个喷管组，每组局部进气率很低，高负荷短叶片加之局部进气损失，第一列喷管的流动效率很低。后继的第一列动叶、第二列静叶(又称转向导叶)和第二列动叶均具有很低的反动度，在相对和绝对坐标系中，叶片表面边界层几乎不在降压加速下流动，可能发生转捩与分离，叶型损失较大。上述恶劣的流动条件影响的综合，导致传统复速级气动损失很高，进而降低了船用蒸汽涡轮的相对内效率，特别是在巡航工况。
　　传统复速级采用喷管调节，分布在涡轮第一叶列圆周上的三组喷管叶片具有不同的局部进气率，喷管组之间设置着厚度一定的间壁。由于局部进气与间壁的存在，造成第一列喷管出口流场结构沿圆周方向发生畸变，导致后继叶列流场的非定常流动。尤其是对于任一动叶在其转动一周的过程中，不仅要通过三组喷管叶片的主流区和尾迹区，还要通过三个无气流流过的喷管间壁区，动叶片转动进入或离开某一喷管组要经过2-3个动叶节距后，叶片的气动负荷才能达到正常工作的载荷状态，这形成了复速级内特有的非定常流动现象。

目录

第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 船用蒸汽涡轮复速级

1.3 CFD在涡轮机械气动设计中的应用及发展

1.4 本文主要研究内容

第2章 数值方法与复速级计算模型

2.1 前言

2.2 计算平台-CFX简介

2.3 计算模型

2.4 网格划分

2.5 边界条件和工况参数设置

2.6 本章小结

第3章 传统复速级设计工况的气动特性

3.1 前言

3.2 局部进气流动特点

3.3 局部进气率对第一列动叶气动载荷的影响

3.4 部分负荷流动分析

3.5 本章小结

第4章 传统复速级巡航工况的气动特性

4.1 前言

4.2 叶片的气动载荷

4.3 喷嘴叶栅出口气流周向不均匀性

4.4 传统复速级设计和巡航工况的总体参数对比

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢

个人简历