[发明专利]一种大子午扩张涡轮的三维正交非定常设计方法

摘要

本发明提供一种大子午扩张涡轮的三维正交非定常设计方法，在常规涡轮的定常气动设计循环的基础上还包括如下步骤首先利用全三维数值模拟对扩张端壁型线进行自动设计优化；对大扩张通道真实三维流线进行子午面拟合，并在大扩张通道端区选取的代表性截面上进行三维S1流面叶型造型，利用数值模拟方法进行端区流面叶型优化；基于所选定的端区三维S1流面叶型，进行大扩张通道正交叶片设计与优化；利用全三维非定常数值模拟方法对涡轮正交叶片的积叠线或者叶型的安装角等步骤。本发明可有效降低大扩张通道端区损失，改善涡轮叶片列间动态匹配，从而获得较高的定常/非定常气动性能；本发明也可明显提高涡轮工作时的气动稳定性。

主权项

一种大子午扩张涡轮的三维正交非定常设计方法，其特征是：在涡轮的定常气动设计循环的基础上还包括如下步骤：(1)利用已知的全三维数值模拟对大扩张端壁型线进行自动设计优化；(2)对优化后的大扩张端壁下的通道真实三维流线进行子午面拟合，并在大扩张通道端区选取的代表性截面上进行三维S1流面叶型造型，再利用数值模拟方法进行端区流面叶型优化，所选取的代表性截面是指位于大扩张端壁下的通道端区40％叶高以内，并且至少包括三个截面；(3)对步骤(2)所得的优化后的端区三维S1流面叶型，以叶片积叠线和端区叶型的安装角为优化变量进行大扩张通道正交叶片设计与优化，得到大扩张通道端区损失分布与其具体值；(4)如果步骤(3)中得到的大扩张通道端区损失分布与其具体值不符合预定设计目标，则重复步骤(1)～(3)，直至步骤(3)得到的大扩张通道端区损失分布与其具体值与预定设计目标相符合；(5)利用全三维非定常数值模拟方法对步骤(4)中得到的涡轮正交叶片的积叠线或端区叶型的安装角进行细微调整以定制动静叶片列间轴向间隙取值，并获得大子午扩张涡轮动静叶片及其总体性能，其中动静叶片列间轴向间隙取值是指静叶片尾缘线与动叶片前缘线之间的距离，总体性能包括效率、功率、非定常特性，在此调整过程中可同时调整动叶顶部的掠度；(6)如果步骤(5)得到的大子午扩张涡轮总体性能不符合预定设计目标，则循环步骤(2)～(5)，直至达到预定设计目标。