船用燃氣輪機動力渦輪氣動設計及流動機理

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 船用燃氣輪機簡介 1
1.1.1 艦用燃氣輪機動力裝置發(fā)展歷程 2
1.1.2 典型船用燃氣輪機介紹 3
1.1.3 海洋環(huán)境條件對燃氣輪機的影響 9
1.1.4 船用燃氣輪機的特點、技術發(fā)展趨勢及發(fā)展途徑 11
1.2 動力渦輪設計特點及要求 13
1.2.1 典型船用動力渦輪介紹 14
1.2.2 動力渦輪結構及性能設計特點 19
1.2.3 對動力渦輪設計的總體要求 20
1.3 渦輪氣動設計方法的歷史發(fā)展 21
1.3.1 一維與簡單徑向平衡方程半經驗設計 22
1.3.2 準三維設計 22
1.3.3 全三維設計及計算分析 24
1.3.4 精細化流動組織與設計 27
1.4 本章小結 28
參考文獻 28
第2章 動力渦輪氣動設計及性能分析的研究方法 30
2.1 動力渦輪設計工具 30
2.1.1 自編設計程序 30
2.1.2 商用軟件 33
2.2 數值計算與優(yōu)化方法 35
2.2.1 自編計算程序 35
2.2.2 商用軟件 49
2.2.3 數值優(yōu)化平臺 64
2.3 動力渦輪試驗方法 74
2.3.1 平面葉柵試驗 74
2.3.2 大擴張角扇形葉柵試驗 77
2.3.3 1.5 級渦輪動態(tài)試驗 80
2.4 本章小結 82
參考文獻 83
第3章 動力渦輪先進渦設計及流動機理 84
3.1 渦輪先進渦設計思想及體系 84
3.1.1 無黏壓力可控渦設計理論 84
3.1.2 黏性可控渦設計理論 94
3.1.3 渦輪先進渦設計體系框架 98
3.2 動力渦輪先進渦設計驗證 99
3.2.1 1.5 級試驗渦輪的壓力可控渦設計 99
3.2.2 單級動力渦輪的黏性可控渦設計 108
3.2.3 間冷循環(huán)五級動力渦輪的先進渦設計 116
3.3 大子午擴張動力渦輪端區(qū)流動機理及正交化設計 122
3.3.1 端區(qū)流動特點 122
3.3.2 端區(qū)S1 流層葉型特性 129
3.3.3 大子午擴張端壁造型優(yōu)化 139
3.3.4 大子午擴張渦輪葉片正交化設計及性能分析 147
3.3.5 多級大子午擴張渦輪正交化設計驗證 157
3.4 本章小結 164
參考文獻 165
第4章 帶冠渦輪葉片葉冠間隙泄漏流動及控制技術 166
4.1 帶冠葉片端區(qū)流場結構特點 166
4.1.1 葉冠間隙泄漏流動及損失預測 166
4.1.2 葉冠間隙泄漏流動對渦輪級端區(qū)流場的影響 167
4.1.3 葉冠間隙泄漏流相關損失比較 168
4.1.4 葉冠出口摻混損失產生機理分析 169
4.2 葉冠間隙泄漏流對下游靜葉氣動性能的影響 170
4.2.1 葉冠間隙泄漏流對動葉出口流場的影響 170
4.2.2 葉冠間隙泄漏流與主流摻混對下游靜葉流場的影響 172
4.3 葉冠結構設計優(yōu)化對端區(qū)損失的控制影響 174
4.3.1 葉冠間隙泄漏流動控制原則 174
4.3.2 機匣導流片結構 176
4.3.3 機匣蜂窩密封結構 179
4.3.4 葉冠出口邊倒棱結構 183
4.3.5 不同葉冠結構端區(qū)摻混損失比較 185
4.4 非軸對稱葉冠結構組織端區(qū)高效流動的機理 186
4.4.1 建立的渦輪葉冠模型 186
4.4.2 不同葉冠結構端區(qū)流場特性 188
4.4.3 不同葉冠結構端區(qū)損失特性 189
4.5 葉片帶冠與否對端區(qū)流動及級性能的影響 191
4.5.1 間隙泄漏損失影響因素對比分析 191
4.5.2 葉頂間隙端區(qū)損失發(fā)展對比分析 193
4.5.3 間隙變化對帶冠和不帶冠渦輪氣動性能的影響 195
4.5.4 節(jié)弦比對帶冠和不帶冠渦輪間隙泄漏摻混過程及級性能的影響 197
4.6 葉冠間隙端區(qū)二次流干涉及非定常控制可行性分析 199
4.6.1 定常和時均間隙端區(qū)流場對比 199
4.6.2 上游尾跡、間隙泄漏渦/摻混區(qū)和下游通道渦干涉機理 204
4.6.3 非定常間隙端區(qū)損失控制可行性分析 208
4.6.4 非定常效應對渦輪總體性能的影響 210
4.7 本章小結 212
參考文獻 213
第5章 不帶冠渦輪葉片葉頂間隙泄漏流動及控制技術 214
5.1 葉頂間隙泄漏流動結構及損失分析 214
5.1.1 間隙泄漏流與泄漏渦的形成過程 214
5.1.2 間隙大范圍變化下泄漏渦與通道渦的相互作用 215
5.1.3 進氣沖角對葉頂間隙內流動的影響 219
5.2 葉頂間隙泄漏渦破碎現象及損失機制 220
5.2.1 泄漏渦破碎現象及動力學分析 220
5.2.2 葉頂泄漏渦非定常破碎特性 222
5.2.3 間隙高度對泄漏渦結構及破碎特性的影響 230
5.2.4 泄漏渦破碎與損失的關聯(lián) 232
5.3 葉頂間隙泄漏流動及損失的控制原則 233
5.4 葉頂凹槽形態(tài)對動葉氣動性能的影響 234
5.4.1 提出的不同葉頂結構 235
5.4.2 不同葉頂結構間隙內流場及損失分布 235
5.4.3 不同間隙下不同葉頂結構對渦輪總體性能的影響 238
5.4.4 凹槽內布置橫向肋條葉頂結構的變工況特性 240
5.5 葉頂間隙形態(tài)對動葉氣動性能的影響 242
5.5.1 提出的不同葉頂間隙形態(tài)結構 243
5.5.2 不同葉頂間隙形態(tài)下動葉氣動性能對比 243
5.5.3 變工況條件下不同葉頂間隙形態(tài)動葉氣動性能對比 247
5.6 機匣端壁造型對動葉氣動性能的影響 249
5.6.1 提出的不同機匣端壁結構 249
5.6.2 不同機匣端壁結構下端區(qū)流場及端壁結構優(yōu)化 250
5.6.3 處理機匣區(qū)域三維流動機理對比分析 254
5.6.4 不同工況下處理機匣對端區(qū)損失控制作用的對比分析 259
5.7 渦輪葉片葉頂間隙變化減敏研究 260
5.7.1 葉頂間隙變化對間隙流場結構及損失的影響 260
5.7.2 渦輪性能隨葉頂間隙的變化規(guī)律 263
5.7.3 變工況影響 265
5.8 渦輪葉頂間隙的自適應噴氣控制研究 267
5.8.1 葉頂自適應噴氣結構 268
5.8.2 葉頂自適應噴氣對間隙流場及損失的影響 268
5.8.3 葉頂自適應噴氣孔參數對間隙控制效果的影響 269
5.9 本章小結 276
參考文獻 277
第6章 動力渦輪全通流設計計算及流動機理 278
6.1 概述 278
6.2 葉根端區(qū)輪緣密封不穩(wěn)定流動特性及結構優(yōu)化 280
6.2.1 封閉輪緣密封腔內流動不穩(wěn)定性 280
6.2.2 典型輪緣密封下密封區(qū)域瞬時流場特性 282
6.2.3 典型輪緣密封下密封區(qū)域大尺度渦結構動力學特性 287
6.2.4 典型輪緣密封下旋轉誘導封嚴特性及結構優(yōu)化 289
6.3 過渡段內流動機理及其與動力渦輪的相互作用 291
6.3.1 過渡段內三維流動特性 291
6.3.2 過渡段內流動損失特性 296
6.3.3 過渡段與動力渦輪的流動干涉 299
6.3.4 動力渦輪非對稱流動干涉控制討論 304
6.4 排氣蝸殼內流動機理及其與動力渦輪的相互作用 304
6.4.1 動力渦輪內部流場特性 304
6.4.2 排氣蝸殼內部流場特性 307
6.4.3 排氣蝸殼與動力渦輪的相互干涉 309
6.4.4 動力渦輪非對稱流動干涉控制討論及驗證 311
6.5 動力渦輪全通流設計計算流程及設計驗證 312
6.5.1 端區(qū)密封結構低維模型的建立 312
6.5.2 全通流動力渦輪多維耦合快速設計方法 314
6.5.3 動力渦輪全通流設計計算驗證 316
6.6 本章小結 317
參考文獻 317
彩圖