用CFD研究涡轮静叶栅的二次流损失.pdfVIP

第 20卷 第4期 《燃 气 轮 机 技 术》 Vo1．20 No．4 2007年 12月 GAS TUlib E TECI-INOLOGY Dec．，2007 用CFD研究涡轮静叶栅的二次流损失 李 军 (上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室，上海200030) 摘 要：利用 CFD软件 F1uent对大转折角涡轮叶栅三维流场进行了数值模拟。采用静叶栅前移动的圆柱列替 代上游动叶，发现圆柱尾迹进人叶栅流道的位置不同，对叶栅总压损失有较大影响。同时，通道内逐渐增大的 横向压力梯度对二次涡发展产生了显著的影响，引起沿流向叶栅总压损失的急剧增大，认为叶高的减小会极 大提高叶栅的二次流损失。 关 键 词：二次流；涡轮；叶栅；数值模拟 中图分类号：TK472 文献标识码：A 文章编号：1009—2889(2007)04—0043—04 提高叶轮机械运行效率的有效途径之一就是降 J0￡) 删 低叶栅流道中的流动损失。端壁区域的流动状况、 a a 』D — lD 一 流道内的压力梯度将在很大程度上影响到流道内二 F= ； G= 次流的生成和发展，进而影响叶栅流道内的总损 lD伽一 pwv— 失H]。掌握二次流的成因、损失的组成和发展，对降 a埘 a埘 低动叶栅损失和改善叶栅气动性能具有重要作用。 Ww— IDz￡删 一 本文采用CFD软件Fluent对叶栅进行三维数值 其中，10为密度，u， ，埘为分速，／1为粘性系数， 分析，获取叶栅速度场、压力场、二次流和流道总压 ／1=／1 +／1 ，式中，／1 ，／1 分别为层流和湍流的粘性 损失的变化情况。随后分析了叶栅二次流的成因和 系数。对层流粘性系数，可通过 Sutherland公式计 总压损失沿叶高的分布规律；最后研究了在不同叶 算，湍流粘性系数／1 需要通过湍流模型确定。 高下的二次流动能损失的变化情况。 1．2数值计算方法 本文采用控制容积法离散微分方程，利用SIM． 1 计算方法 PLEC算法求解压力耦合方程。压力、动量、k一∞均 1．1控制方程 采用较高精度的二阶离散格式。在叶栅进口给定速 在直角坐标系(x，y，z)中，三维非稳态粘性雷诺 度分布、气流角以及湍流动能和湍流动能耗散率，在 平均N—s方程的质量、动量及能量方程可以写为： 出口边界给定背压，壁面采用无滑移条件，叶栅上、 a DE aF aG 下游周向边界上应用周期性边界条件。湍流模型采 + + + 用 sst k一∞，近壁区采用壁面函数。 式中： 涡轮采用静叶叶型25NSP，该叶栅为低展弦比、