叶轮机械三元流理论Lec_5叶片设计思想.ppt

设计思想介绍 （四、附面层控制的其它方法 ） “头疼医头”之一附面层吸除 设计思想介绍 （四、附面层控制的其它方法 ） “头疼医头”之二翼刀 设计思想介绍 （四、附面层控制的其它方法 ） “头疼医头”之三削涡端板 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * §2-3 叶片设计思想 一、径向平衡方程及其物理意义 二、叶栅内径向流动的形成 三、可控涡设计思想 四、可控端壁设计思想 五、弯叶片设计思想 六、现代涡轮设计体系 §2-3长叶片设计思想（一、径向平衡方程及其物理意义） 简单径向平衡方程的局限性 PP G1G2 若干个S1和S2联合求解， 完成准三元设计计算 §2-3长叶片设计思想（一、径向平衡方程及其物理意义） 完全径向平衡方程 周向运动 离心力 子午面内 加（减）速 子午面内 离心力 叶片力 径向分量 §2-3长叶片设计思想（一、径向平衡方程及其物理意义） 0 加速 0 加速 角度较小时，此项相对较弱 §2-3长叶片设计思想（一、径向平衡方程及其物理意义） ，正倾时， 1 2 P沿周向变化大的地方，叶片力大 SS PS Fu Fd Fl Fr §2-3长叶片设计思想（一、径向平衡方程及其物理意义） 叶栅内径向流动的形成 P沿叶高发生变化，Cu 叶片厚度沿叶高有变化 叶片径向分力的作用 机匣内外壁形状的影响 出口气流角的变化，喉部面积发生变化 粘性的作用，端部二次流的影响 其他 ………… 综合起来看叶栅内的流动是极其复杂的 §2-3长叶片设计思想（二、径向流动的形成原因） 叶栅内的复杂流动 §2-3长叶片设计思想（三、叶栅内非定常设计） 叶栅内的复杂流动 §2-3长叶片设计思想（三、叶栅内非定常设计） 非定常条件下旋涡的发展 叶栅内的复杂流动 叶栅内的复杂流动 定义：与等环量相比较而言，规定环量沿叶高的变化，以便获反动度沿叶高缓慢变化的长叶片设计方法。 可控涡设计思想 沿叶高增大 沿叶高不变、或减小 自由涡设计 §2-3长叶片设计思想（四、可控涡-简单有效的办法） 可控涡方法及计算结果 沿叶高减小 §2-3长叶片设计思想（四、可控涡-简单有效的办法） §2-3长叶片设计思想（五、可控端壁设计思想） 可控子午型线及计算结果 可控子午型线（轴向） 可控子午端壁（轴向） 常规端壁 可控子午型线及计算结果 §2-3长叶片设计思想（五、可控端壁设计思想） §2-3长叶片设计思想（五、翘曲端壁） 可控子午型线及计算结果 可控子午型线（周向） 可控子午型线及计算结果 a.上端壁下凹时 b.上端壁不变形 c.上端壁上翘时 倾斜叶片 S型叶片 正弯叶片 反弯叶片 常规直叶片 对弯曲扩压叶栅进行数值模拟和比较系统的实验研究，结果表明正弯曲叶栅，正倾斜叶栅，S型弯曲叶栅在近零攻角的条件下，与常规叶栅相比，总损失系数下降11%以上，其中正弯曲叶片栅达16.38%。 §2-3长叶片设计思想（六、弯叶片设计思想） 给定设计参数 一元流优化计算 简单径平计算 S2流面反问题 S2流面正问题 考虑损失、气冷与冷凝的多级计算 结束 一元特性计算 多级全三维定常与非定常粘性计算 一元特性分析计算 损失模型 损失数据 库 损失估算 试验 数值损失计算 流场结构分析 准三维特性计算 特三维有粘计算 加工型线 子午面成型 侧型面成型 回转型面成型 叶片三维成型 S1有粘 S1无粘 单列无粘 单列有粘 损失分析 激波结构 三维压力场速度场 涡系结构 分离结构 流态分析 界面 神经网格学 神经网格学 设计:合理目标参数---方法与手段---系统与结构(对像的虚拟) 传统设计 初级阶段(直觉设计):产品简单,设计与制造于一体,手工业生产,17世纪经 验设计与传统设计阶段:工业化时代,科学研究特点:分析与线性,设计工作比较复杂,设计与制作分工,设计特点:经验,手工和一定的分析,18-20世纪中叶。1768蒸汽,1879内燃机,1884蒸汽透平,1920燃气轮机 1939喷气式发动机 涡喷涡扇发动机一、二、三代。 现代设计 现代设计阶段:信息化时代,科学研究特点:综合与非线性(大科学),设计工作复杂,设计与制造在新的条件下一体化,综合设计平台，单参数与多参数优化。涡扇发动机 三、四代 叶轮机气动现计方法 现代设计的特点 重要工具: 计算机与计算机网络 一体化: CAD, CAE,CFD,CAA,CAM多个平台与综合平台 智能优化: 数值优化,非数值优化,专家系统 大型综合设计数据库: 知识学习与挖掘 基础研究、应用研究与开发之间距离越来越小：工程基础研究与设计 计算数学 虚拟现实 设计思想介