叶轮机械三元流理论Lec-5叶片设计思想

§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P>PG1>G2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，

12P沿周向变化大的地方，叶片力大SSPSFuFdFlFr§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绍（一、可控涡）可控涡：与等环量方法相比较而言，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。等环量：由速度三角形可知，对于静叶，α1沿叶高逐渐增加设计思想介绍（一、可控涡）可控涡：静叶α1沿叶高不变或逐渐减小

（实现手段）改变密流，产生负曲率。（流场影响）（好处及其他）dp/dr分布合理；反动度根部增加，顶部下降；二次流的跟部堆积问题；hu沿叶高有变化。设计思想介绍（二、可控子午端壁）流线的负曲率子午型线设计思想介绍（三、弯叶片

）马刀、弯叶片、复合倾斜叶片三类型面：回转面、子午面、侧型面主要结论：（1）、“C”型压力分布；（2）、附面层迁移理论；（3）、最佳弯曲角度。弯叶片（Fr）设计思想介绍（四、附面层控制的其它方法

）“真的”三维叶栅翘曲端壁