具有附面层抽吸的大折转角扩压静叶优化研究.pdfVIP

第 26卷第 2期 电 站 系 统 工 程 V0．】．26No．2 2010年 3月 Power System Engineering l8 文章编号：1005-006X(2010)02—0018-03 具有附面层抽吸的大折转角扩压静叶优化研究 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 张文明 李俊海 摘 要：在某大折转角扩压静叶基础上，充分考虑到附面层抽吸对高负荷静叶流场的影响，对静叶方案进行了优化设计。结合NACA65 系列叶型与低速CDA叶型各自的特点，通过对静叶前缘加速段及尾缘扩压段的细致修型和调整，采用吸力面和下端壁组合抽吸的控制方 法，最终将静叶在设计点的性能大幅度提高，大大超过了原设计指标。 关键词：高负荷；附面层抽吸；大折转角；优化设计 中图分类号：TK263-3 文献标识码：A OptimizationofHighTurningAngleStatorCascadeswithBoundaryLayerSuction ZHANGW en．ming．LIJun．hai Abstract：0nthebasisofacertainhighturninganglediflusionstatorcascade，na optimizationdesignprocedureWas carriedoutwithconsiderationoftheimpactofboundarylayersuction．Combinedwiht thefeaturesofNACA65na dIOW speedCDA profiles，theaccelerationsectionnearleadingedgeandthediffusionsectionneartrailingedgeofthestator cascadearemodifiednadshavedwhichlcadStoabeUerflowfieldstructurenadhi2l1erperformnace． Keywords：highlyloaded；boundarylayersuction；highturningangle；optimiaztiondesign 过去的40~50年里，压气机性能水平有了很大的提高， 局部加密，保证叶片壁面和端壁第一层网格满足 y3，网 主要表现为在满足失速裕度的前提下，压气机单级压比、总 格节点总数约5O万；N．s方程求解器采用FINE模块，对定 压比和效率均有明显增加 l【】a级负荷的大幅度提高，必然导 常流场进行模拟；空间离散采用中心差分格式，时间推进采 致叶片展弦比急剧减小[2】。降低展弦比将减少叶片表面和端 用4阶Runge．KuUa法迭代求解，全多重网格法和局部时间 壁之间的逆压梯度，从而显著提高级负荷能力和抗失速能 步法加速收敛，湍流模型采用低雷诺数 Spalart-Allmaras模 力。但是，随着现代叶轮机械高负荷、低展弦比的发展趋势 型；定常计算中，动／静叶交界面采用混合平面处理，FullNon 以及多级压气机末几级中端壁附面层的逐渐增长，端壁附面 ． Matching技术保证交界面的质量流量、动量和能量守恒。 层厚度在流道径向所 占比例增大，端壁三维效应 占据绝对主 数值计算网格如图 1所示，原型叶片的附面层抽吸配置 导地位 【。叶片负荷增加的同时也造成了压气机叶栅中横向 见图2，在叶片吸力面和下端壁共设有 3处附面层抽吸槽。 压力梯度增加从而加强了二次流流动，而且 由于压气机叶栅 原型叶片的总压损失较大，平均达到0．15，尤其是静叶中下 内扩压流动特性的影响，叶片吸力面附面层容易分离造成端 叶展的损失系数高达 0．2～0-3。对叶栅 内二次流及通道涡的 壁角区内流动恶化，引起叶栅损失迅速增大，这将直接导致 研究表明，下通道涡具有较强的卷吸作用，比上通道涡具有 压气机失速裕度的下降，从而也限制了单级压比的提高。采 更强