船用燃?xì)廨啓C(jī)變幾何動(dòng)力渦輪大攻角流動(dòng)特性的三維數(shù)值模擬

采用三維數(shù)值模擬技術(shù),研究了可調(diào)導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致變幾何動(dòng)力渦輪氣動(dòng)性能變化的流場機(jī)理。結(jié)果表明,在較小的轉(zhuǎn)角范圍內(nèi),采用大轉(zhuǎn)折角設(shè)計(jì)的可調(diào)導(dǎo)葉使渦輪處于大攻角運(yùn)行。在大正攻角或大負(fù)攻角下可調(diào)導(dǎo)葉級(jí)動(dòng)葉柵流道內(nèi)的三維分離流場結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)生機(jī)理有很大差異,而且大正攻角造成的吸力面分離流動(dòng)更使整個(gè)渦輪的效率顯著地下降。通過系統(tǒng)的機(jī)理分析,提出可調(diào)導(dǎo)葉宜采用較小轉(zhuǎn)折角的后部加載葉型,而變幾何動(dòng)力渦輪可調(diào)導(dǎo)葉級(jí)動(dòng)葉柵要采用較大負(fù)沖角的氣動(dòng)設(shè)計(jì)原則。
關(guān)鍵詞:船用燃?xì)廨啓C(jī);變幾何動(dòng)力渦輪;大攻角流動(dòng)特性;數(shù)值模擬

采用變幾何動(dòng)力渦輪技術(shù)可以有效調(diào)節(jié)和優(yōu)化燃?xì)廨啓C(jī)各部件之間的匹配,提高燃?xì)廨啓C(jī)的加減速特性。如在起動(dòng)過程中,開大可調(diào)導(dǎo)葉,不僅可以使壓氣機(jī)特性圖上的共同工作線遠(yuǎn)離喘振邊界,而且可以把相對(duì)更多比例的焓降分配給燃?xì)獍l(fā)生器透平,讓它有更大的扭矩使轉(zhuǎn)子盡快加速,實(shí)現(xiàn)機(jī)組的快速起動(dòng);在動(dòng)力渦輪甩負(fù)荷時(shí),突然開大可調(diào)導(dǎo)葉可以立即使動(dòng)力透平的焓降大幅度降低,使動(dòng)力透平的效率急劇下降,在這種情況下甚至可使燃?xì)庾饔迷趧?dòng)力透平的扭矩變成負(fù)的(和旋轉(zhuǎn)方向相反的扭矩) ,即成為制動(dòng)扭矩,從而有效實(shí)現(xiàn)動(dòng)力渦輪的超速保護(hù)。在低工況時(shí),關(guān)小可調(diào)導(dǎo)葉,可降低渦輪的有效通流面積,從而減小流量和降低功率,減小壓氣機(jī)耗功,并維持較高的渦輪進(jìn)口總溫,從而可獲得較高的循環(huán)效率,而將變幾何動(dòng)力渦輪技術(shù)與回?zé)嵫h(huán)或間冷回?zé)嵫h(huán)配合使用,將會(huì)獲得更大的循環(huán)收益[1～4 ] 。