船用燃气轮机动力涡轮气动设计及流动机理

目录
前言
章绪论 1
1.1 船用燃气轮机简介 1
1.1.1 舰用燃气轮机动力装置发展历程 2
1.1.2 典型船用燃气轮机介绍 3
1.1.3 海洋环境条件对燃气轮机的影响 9
1.1.4 船用燃气轮机的特点、技术发展趋势及发展途径 11
1.2 动力涡轮设计特点及要求 13
1.2.1 典型船用动力涡轮介绍 14
1.2.2 动力涡轮结构及性能设计特点 19
1.2.3 对动力涡轮设计的总体要求 20
1.3 涡轮气动设计方法的历史发展 21
1.3.1 一维与简单径向平衡方程半经验设计 22
1.3.2 准三维设计 22
1.3.3 全三维设计及计算分析 24
1.3.4 精细化流动组织与设计 27
1.4 本章小结 28
参考文献 28
第2章动力涡轮气动设计及性能分析的研究方法 30
2.1 动力涡轮设计工具 30
2.1.1 自编设计程序 30
2.1.2 商用软件 33
2.2 数值计算与优化方法 35
2.2.1 自编计算程序 35
2.2.2 商用软件 49
2.2.3 数值优化平台 64
2.3 动力涡轮试验方法 74
2.3.1 平面叶栅试验 74
2.3.2 大扩张角扇形叶栅试验 77
2.3.3 1.5 级涡轮动态试验 80
2.4 本章小结 82
参考文献 83
第3章动力涡轮先进涡设计及流动机理 84
3.1 涡轮先进涡设计思想及体系 84
3.1.1 无黏压力可控涡设计理论 84
3.1.2 黏性可控涡设计理论 94
3.1.3 涡轮先进涡设计体系框架 98
3.2 动力涡轮先进涡设计验证 99
3.2.1 1.5 级试验涡轮的压力可控涡设计 99
3.2.2 单级动力涡轮的黏性可控涡设计 108
3.2.3 间冷循环五级动力涡轮的先进涡设计 116
3.3 大子午扩张动力涡轮端区流动机理及正交化设计 122
3.3.1 端区流动特点 122
3.3.2 端区S1 流层叶型特性 129
3.3.3 大子午扩张端壁造型优化 139
3.3.4 大子午扩张涡轮叶片正交化设计及性能分析 147
3.3.5 多级大子午扩张涡轮正交化设计验证 157
3.4 本章小结 164
参考文献 165
第4章带冠涡轮叶片叶冠间隙泄漏流动及控制技术 166
4.1 带冠叶片端区流场结构特点 166
4.1.1 叶冠间隙泄漏流动及损失预测 166
4.1.2 叶冠间隙泄漏流动对涡轮级端区流场的影响 167
4.1.3 叶冠间隙泄漏流相关损失比较 168
4.1.4 叶冠出口掺混损失产生机理分析 169
4.2 叶冠间隙泄漏流对下游静叶气动性能的影响 170
4.2.1 叶冠间隙泄漏流对动叶出口流场的影响 170
4.2.2 叶冠间隙泄漏流与主流掺混对下游静叶流场的影响 172
4.3 叶冠结构设计优化对端区损失的控制影响 174
4.3.1 叶冠间隙泄漏流动控制原则 174
4.3.2 机匣导流片结构 176
4.3.3 机匣蜂窝密封结构 179
4.3.4 叶冠出口边倒棱结构 183
4.3.5 不同叶冠结构端区掺混损失比较 185
4.4 非轴对称叶冠结构组织端区高效流动的机理 186
4.4.1 建立的涡轮叶冠模型 186
4.4.2 不同叶冠结构端区流场特性 188
4.4.3 不同叶冠结构端区损失特性 189
4.5 叶片带冠与否对端区流动及级性能的影响 191
4.5.1 间隙泄漏损失影响因素对比分析 191
4.5.2 叶顶间隙端区损失发展对比分析 193
4.5.3 间隙变化对带冠和不带冠涡轮气动性能的影响 195
4.5.4 节弦比对带冠和不带冠涡轮间隙泄漏掺混过程及级性能的影响 197
4.6 叶冠间隙端区二次流干涉及非定常控制可行性分析 199
4.6.1 定常和时均间隙端区流场对比 199
4.6.2 上游尾迹、间隙泄漏涡/掺混区和下游通道涡干涉机理 204
4.6.3 非定常间隙端区损失控制可行性分析 208
4.6.4 非定常效应对涡轮总体性能的影响 210
4.7 本章小结 212
参考文献 213
第5章不带冠涡轮叶片叶顶间隙泄漏流动及控制技术 214
5.1 叶顶间隙泄漏流动结构及损失分析 214
5.1.1 间隙泄漏流与泄漏涡的形成过程 214
5.1.2 间隙大范围变化下泄漏涡与通道涡的相互作用 215
5.1.3 进气冲角对叶顶间隙内流动的影响 219
5.2 叶顶间隙泄漏涡破碎现象及损失机制 220
5.2.1 泄漏涡破碎现象及动力学分析 220
5.2.2 叶顶泄漏涡非定常破碎特性 222
5.2.3 间隙高度对泄漏涡结构及破碎特性的影响 230
5.2.4 泄漏涡破碎与损失的关联 232
5.3 叶顶间隙泄漏流动及损失的控制原则 233
5.4 叶顶凹槽形态对动叶气动性能的影响 234
5.4.1 提出的不同叶顶结构 235
5.4.2 不同叶顶结构间隙内流场及损失分布 235
5.4.3 不同间隙下不同叶顶结构对涡轮总体性能的影响 238
5.4.4 凹槽内布置横向肋条叶顶结构的变工况特性 240
5.5 叶顶间隙形态对动叶气动性能的影响 242
5.5.1 提出的不同叶顶间隙形态结构 243
5.5.2 不同叶顶间隙形态下动叶气动性能对比 243
5.5.3 变工况条件下不同叶顶间隙形态动叶气动性能对比 247
5.6 机匣端壁造型对动叶气动性能的影响 249
5.6.1 提出的不同机匣端壁结构 249
5.6.2 不同机匣端壁结构下端区流场及端壁结构优化 250
5.6.3 处理机匣区域三维流动机理对比分析 254
5.6.4 不同工况下处理机匣对端区损失控制作用的对比分析 259
5.7 涡轮叶片叶顶间隙变化减敏研究 260
5.7.1 叶顶间隙变化对间隙流场结构及损失的影响 260
5.7.2 涡轮性能随叶顶间隙的变化规律 263
5.7.3 变工况影响 265
5.8 涡轮叶顶间隙的自适应喷气控制研究 267
5.8.1 叶顶自适应喷气结构 268
5.8.2 叶顶自适应喷气对间隙流场及损失的影响 268
5.8.3 叶顶自适应喷气孔参数对间隙控制效果的影响 269
5.9 本章小结 276
参考文献 277
第6章动力涡轮全通流设计计算及流动机理 278
6.1 概述 278
6.2 叶根端区轮缘密封不稳定流动特性及结构优化 280
6.2.1 封闭轮缘密封腔内流动不稳定性 280
6.2.2 典型轮缘密封下密封区域瞬时流场特性 282
6.2.3 典型轮缘密封下密封区域大尺度涡结构动力学特性 287
6.2.4 典型轮缘密封下旋转诱导封严特性及结构优化 289
6.3 过渡段内流动机理及其与动力涡轮的相互作用 291
6.3.1 过渡段内三维流动特性 291
6.3.2 过渡段内流动损失特性 296
6.3.3 过渡段与动力涡轮的流动干涉 299
6.3.4 动力涡轮非对称流动干涉控制讨论 304
6.4 排气蜗壳内流动机理及其与动力涡轮的相互作用 304
6.4.1 动力涡轮内部流场特性 304
6.4.2 排气蜗壳内部流场特性 307
6.4.3 排气蜗壳与动力涡轮的相互干涉 309
6.4.4 动力涡轮非对称流动干涉控制讨论及验证 311
6.5 动力涡轮全通流设计计算流程及设计验证 312
6.5.1 端区密封结构低维模型的建立 312
6.5.2 全通流动力涡轮多维耦合快速设计方法 314
6.5.3 动力涡轮全通流设计计算验证 316
6.6 本章小结 317
参考文献 317
彩图