[發(fā)明專(zhuān)利]八字型肋導(dǎo)流結(jié)構(gòu)、渦輪導(dǎo)向器及燃?xì)鉁u輪設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210090476.3
• 申請(qǐng)日: 2022-01-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114412579B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李海旺;唐潤(rùn)澤;陶智;由儒全;高軒;王濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F01D5/18
• 分類(lèi)號(hào): F01D5/18
• 代理公司: 北京君有知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11630
• 代理人: 焦麗雅

1.帶“八”字型肋導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的渦輪導(dǎo)向器的燃?xì)鉁u輪的設(shè)計(jì)方法，包括渦輪導(dǎo)向器，該渦輪導(dǎo)向器包括“八”字型肋導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，該“八”字型肋導(dǎo)流結(jié)構(gòu)由一對(duì)呈軸對(duì)稱(chēng)分布，形似“八”字的直四棱柱構(gòu)成；位于渦輪導(dǎo)向器葉片前緣正前方，旋轉(zhuǎn)盤(pán)腔結(jié)構(gòu)中的渦輪導(dǎo)向器側(cè)壁面，周向布置；所述“八”字型肋導(dǎo)流結(jié)構(gòu)數(shù)量與渦輪導(dǎo)向器葉片數(shù)量一致；所述“八”字型導(dǎo)流結(jié)構(gòu)與所述渦輪導(dǎo)向器一體銑出；其特征為：該渦輪導(dǎo)向器根部壁面和上游旋轉(zhuǎn)渦輪盤(pán)壁面形成了旋轉(zhuǎn)盤(pán)腔結(jié)構(gòu)，八字型肋導(dǎo)流結(jié)構(gòu)位于渦輪導(dǎo)向器上游旋轉(zhuǎn)盤(pán)腔結(jié)構(gòu)中的渦輪導(dǎo)向器側(cè)壁面；八字型肋導(dǎo)流結(jié)構(gòu)由一對(duì)呈軸對(duì)稱(chēng)分布,形似“八”字的直四棱柱構(gòu)成，每個(gè)八字型肋導(dǎo)流結(jié)構(gòu)均位于葉片前緣正前方，周向布置，數(shù)量與渦輪導(dǎo)向器葉片數(shù)量一致；旋轉(zhuǎn)盤(pán)腔結(jié)構(gòu)冷氣出流縫高度H為4mm；直四棱柱長(zhǎng)度為8mm，寬度為2mm，高度為3mm；所述八字型肋導(dǎo)流結(jié)構(gòu)單個(gè)直四棱柱的高度h與冷氣出流縫高度H比值為0.5～1，直四棱柱的長(zhǎng)度m與冷氣出流縫高度H比值為1～3，直四棱柱的寬度n與冷氣出流縫高度H比值為0.25～0.75;其特征為：包括如下步驟：

步驟1：針對(duì)某型號(hào)燃?xì)鉁u輪進(jìn)行脫密和簡(jiǎn)化，最終應(yīng)用于數(shù)值模擬的固體域模型包括一級(jí)渦輪旋轉(zhuǎn)葉盤(pán)、二級(jí)渦輪導(dǎo)向器、八字型肋導(dǎo)流結(jié)構(gòu)、二級(jí)渦輪旋轉(zhuǎn)葉盤(pán)；通過(guò)將渦輪部件所包含的所有空間減去所述固體域模型得到流體域模型；流體域模型的盤(pán)腔封嚴(yán)冷氣由冷氣入口射入盤(pán)腔，封嚴(yán)冷氣由二級(jí)渦輪導(dǎo)向器上游匯入主流，形成泄漏流，對(duì)二級(jí)渦輪導(dǎo)向器端壁進(jìn)行氣膜冷卻；

步驟2：對(duì)步驟1所述的固體域模型和流體域模型使用ICEM軟件生成非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，將網(wǎng)格導(dǎo)入CFX軟件進(jìn)行求解，邊界條件來(lái)源于真實(shí)燃?xì)鉁u輪，湍流方程選擇雷諾平均納維斯托克斯方程，湍流模型選擇SST模型；在求解過(guò)程中通過(guò)添加附加變量的方式來(lái)表征渦輪導(dǎo)向器端壁絕熱氣膜冷卻效率，附加變量的湍流流動(dòng)標(biāo)量運(yùn)輸方程為：

其中為示蹤氣體的比體積濃度，為體積源項(xiàng)，為動(dòng)能擴(kuò)散系數(shù)，為湍流濃度，為湍流施密特?cái)?shù)，求解時(shí)設(shè)置擴(kuò)散系數(shù)，對(duì)應(yīng)298K，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下CO₂在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)；

步驟3：對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果提取渦輪導(dǎo)向器端壁絕熱氣膜冷卻效率的周向分布和軸向分布，對(duì)比使用八字型肋導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的渦輪導(dǎo)向器與常規(guī)渦輪導(dǎo)向器的端壁絕熱氣膜冷卻效率，記錄結(jié)果：

取軸向位置位于渦輪導(dǎo)向器葉片前緣端壁駐點(diǎn)處，位于不同周向位置的端壁絕熱氣膜冷卻效率數(shù)據(jù)做圖，展示一個(gè)渦輪導(dǎo)向器在前緣駐點(diǎn)位置處端壁絕熱氣膜冷卻效率沿不同周向位置的分布規(guī)律；設(shè)置橫坐標(biāo)為無(wú)量綱周向距離，Y是實(shí)際數(shù)據(jù)點(diǎn)距離左邊界的周向距離，b是一個(gè)渦輪導(dǎo)向器葉片端壁的周向長(zhǎng)度，Y/b＝0代表周向位置在渦輪導(dǎo)向器左邊界處靠近吸力面，Y/b＝1代表周向位置在渦輪導(dǎo)向器右邊界處靠近壓力面；縱坐標(biāo)為端壁處泄漏流絕熱氣膜冷卻效率；虛線表示不帶八字型肋導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的常規(guī)渦輪導(dǎo)向器端壁處泄漏流絕熱氣膜冷卻效率沿周向分布，實(shí)線表示帶八字型肋導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的渦輪導(dǎo)向器端壁處泄漏流絕熱氣膜冷卻效率沿周向分布；

帶八字型肋導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的渦輪導(dǎo)向器與常規(guī)渦輪導(dǎo)向器不同軸向距離處的平均周向氣膜冷卻效率分布曲線是對(duì)每一個(gè)渦輪導(dǎo)向器端壁軸向位置的泄漏流絕熱氣膜冷卻效率數(shù)據(jù)取平均后做出，展示了渦輪導(dǎo)向器端壁泄漏流絕熱氣膜冷卻效率沿不同軸向位置的分布規(guī)律；橫坐標(biāo)為無(wú)量綱軸向距離，X是實(shí)際數(shù)據(jù)點(diǎn)距離邊界的軸向距離，C是一個(gè)渦輪導(dǎo)向器葉片端壁的軸向長(zhǎng)度，X/C=0代表軸向位置在渦輪導(dǎo)向器前邊界處，X/C=1代表軸向位置在渦輪導(dǎo)向器后邊界處；虛線表示不帶八字型導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的常規(guī)渦輪導(dǎo)向器端壁處泄漏流絕熱氣膜冷卻效率沿軸向分布，實(shí)線表示帶八字型導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的渦輪導(dǎo)向器端壁處泄漏流絕熱氣膜冷卻效率沿軸向分布；

步驟4：在參數(shù)范圍內(nèi)調(diào)整八字型肋導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的直四棱柱的高度和長(zhǎng)度，驗(yàn)證在參數(shù)范圍內(nèi)八字型肋導(dǎo)流結(jié)構(gòu)均有有益作用。