船用燃氣輪機動力渦輪氣動設計及流動機理（簡體書）

本書從船用燃氣輪機對動力渦輪的設計要求出發，緊緊圍繞動力渦輪的技術特點，較為系統地闡述了動力渦輪傳統設計方法改進、端區密封結構洩漏流動及控制技術、上下游過渡段與排氣蝸殼對動力渦輪的影響、動力渦輪的全通流設計計算及多維度試驗驗證等方面的研究結果。本書內容翔實新穎，提出的一些設計思想、概念與控制方法具有一定的創新性、先進性和實用性，且注重理論與實際應用相結合。

目錄



前言



第1章 緒論 1



1.1 船用燃氣輪機簡介 1



1.1.1 艦用燃氣輪機動力裝置發展歷程 2



1.1.2 典型船用燃氣輪機介紹 3



1.1.3 海洋環境條件對燃氣輪機的影響 9



1.1.4 船用燃氣輪機的特點、技術發展趨勢及發展途徑 11



1.2 動力渦輪設計特點及要求 13



1.2.1 典型船用動力渦輪介紹 14



1.2.2 動力渦輪結構及性能設計特點 19



1.2.3 對動力渦輪設計的總體要求 20



1.3 渦輪氣動設計方法的歷史發展 21



1.3.1 一維與簡單徑向平衡方程半經驗設計 22



1.3.2 准三維設計 22



1.3.3 全三維設計及計算分析 24



1.3.4 精細化流動組織與設計 27



1.4 本章小結 28



參考文獻 28



第2章 動力渦輪氣動設計及性能分析的研究方法 30



2.1 動力渦輪設計工具 30



2.1.1 自編設計程序 30



2.1.2 商用軟件 33



2.2 數值計算與優化方法 35



2.2.1 自編計算程序 35



2.2.2 商用軟件 49



2.2.3 數值優化平臺 64



2.3 動力渦輪試驗方法 74



2.3.1 平面葉柵試驗 74



2.3.2 大擴張角扇形葉柵試驗 77



2.3.3 1.5 級渦輪動態試驗 80



2.4 本章小結 82



參考文獻 83



第3章 動力渦輪先進渦設計及流動機理 84



3.1 渦輪先進渦設計思想及體系 84



3.1.1 無黏壓力可控渦設計理論 84



3.1.2 黏性可控渦設計理論 94



3.1.3 渦輪先進渦設計體系框架 98



3.2 動力渦輪先進渦設計驗證 99



3.2.1 1.5 級試驗渦輪的壓力可控渦設計 99



3.2.2 單級動力渦輪的黏性可控渦設計 108



3.2.3 間冷循環五級動力渦輪的先進渦設計 116



3.3 大子午擴張動力渦輪端區流動機理及正交化設計 122



3.3.1 端區流動特點 122



3.3.2 端區S1 流層葉型特性 129



3.3.3 大子午擴張端壁造型優化 139



3.3.4 大子午擴張渦輪葉片正交化設計及性能分析 147



3.3.5 多級大子午擴張渦輪正交化設計驗證 157



3.4 本章小結 164



參考文獻 165



第4章 帶冠渦輪葉片葉冠間隙洩漏流動及控制技術 166



4.1 帶冠葉片端區流場結構特點 166



4.1.1 葉冠間隙洩漏流動及損失預測 166



4.1.2 葉冠間隙洩漏流動對渦輪級端區流場的影響 167



4.1.3 葉冠間隙洩漏流相關損失比較 168



4.1.4 葉冠出口摻混損失產生機理分析 169



4.2 葉冠間隙洩漏流對下游靜葉氣動性能的影響 170



4.2.1 葉冠間隙洩漏流對動葉出口流場的影響 170



4.2.2 葉冠間隙洩漏流與主流摻混對下游靜葉流場的影響 172



4.3 葉冠結構設計優化對端區損失的控制影響 174



4.3.1 葉冠間隙洩漏流動控制原則 174



4.3.2 機匣導流片結構 176



4.3.3 機匣蜂窩密封結構 179



4.3.4 葉冠出口邊倒棱結構 183



4.3.5 不同葉冠結構端區摻混損失比較 185



4.4 非軸對稱葉冠結構組織端區高效流動的機理 186



4.4.1 建立的渦輪葉冠模型 186



4.4.2 不同葉冠結構端區流場特性 188



4.4.3 不同葉冠結構端區損失特性 189



4.5 葉片帶冠與否對端區流動及級性能的影響 191



4.5.1 間隙洩漏損失影響因素對比分析 191



4.5.2 葉頂間隙端區損失發展對比分析 193



4.5.3 間隙變化對帶冠和不帶冠渦輪氣動性能的影響 195



4.5.4 節弦比對帶冠和不帶冠渦輪間隙洩漏摻混過程及級性能的影響 197



4.6 葉冠間隙端區二次流干涉及非定常控制可行性分析 199



4.6.1 定常和時均間隙端區流場對比 199



4.6.2 上游尾跡、間隙洩漏渦/摻混區和下游通道渦干涉機理 204



4.6.3 非定常間隙端區損失控制可行性分析 208



4.6.4 非定常效應對渦輪總體性能的影響 210



4.7 本章小結 212



參考文獻 213



第5章 不帶冠渦輪葉片葉頂間隙洩漏流動及控制技術 214



5.1 葉頂間隙洩漏流動結構及損失分析 214



5.1.1 間隙洩漏流與洩漏渦的形成過程 214



5.1.2 間隙大範圍變化下洩漏渦與通道渦的相互作用 215



5.1.3 進氣沖角對葉頂間隙內流動的影響 219



5.2 葉頂間隙洩漏渦破碎現象及損失機制 220



5.2.1 洩漏渦破碎現象及動力學分析 220



5.2.2 葉頂洩漏渦非定常破碎特性 222



5.2.3 間隙高度對洩漏渦結構及破碎特性的影響 230



5.2.4 洩漏渦破碎與損失的關聯 232



5.3 葉頂間隙洩漏流動及損失的控制原則 233



5.4 葉頂凹槽形態對動葉氣動性能的影響 234



5.4.1 提出的不同葉頂結構 235



5.4.2 不同葉頂結構間隙內流場及損失分佈 235



5.4.3 不同間隙下不同葉頂結構對渦輪總體性能的影響 238



5.4.4 凹槽內佈置橫向肋條葉頂結構的變工況特性 240



5.5 葉頂間隙形態對動葉氣動性能的影響 242



5.5.1 提出的不同葉頂間隙形態結構 243



5.5.2 不同葉頂間隙形態下動葉氣動性能對比 243



5.5.3 變工況條件下不同葉頂間隙形態動葉氣動性能對比 247



5.6 機匣端壁造型對動葉氣動性能的影響 249



5.6.1 提出的不同機匣端壁結構 249



5.6.2 不同機匣端壁結構下端區流場及端壁結構優化 250



5.6.3 處理機匣區域三維流動機理對比分析 254



5.6.4 不同工況下處理機匣對端區損失控制作用的對比分析 259



5.7 渦輪葉片葉頂間隙變化減敏研究 260



5.7.1 葉頂間隙變化對間隙流場結構及損失的影響 260



5.7.2 渦輪性能隨葉頂間隙的變化規律 263



5.7.3 變工況影響 265



5.8 渦輪葉頂間隙的自適應噴氣控制研究 267



5.8.1 葉頂自適應噴氣結構 268



5.8.2 葉頂自適應噴氣對間隙流場及損失的影響 268



5.8.3 葉頂自適應噴氣孔參數對間隙控制效果的影響 269



5.9 本章小結 276



參考文獻 277



第6章 動力渦輪全通流設計計算及流動機理 278



6.1 概述 278



6.2 葉根端區輪緣密封不穩定流動特性及結構優化 280



6.2.1 封閉輪緣密封腔內流動不穩定性 280



6.2.2 典型輪緣密封下密封區域瞬時流場特性 282



6.2.3 典型輪緣密封下密封區域大尺度渦結構動力學特性 287



6.2.4 典型輪緣密封下旋轉誘導封嚴特性及結構優化 289



6.3 過渡段內流動機理及其與動力渦輪的相互作用 291



6.3.1 過渡段內三維流動特性 291



6.3.2 過渡段內流動損失特性 296



6.3.3 過渡段與動力渦輪的流動干涉 299



6.3.4 動力渦輪非對稱流動干涉控制討論 304



6.4 排氣蝸殼內流動機理及其與動力渦輪的相互作用 304



6.4.1 動力渦輪內部流場特性 304



6.4.2 排氣蝸殼內部流場特性 307



6.4.3 排氣蝸殼與動力渦輪的相互干涉 309



6.4.4 動力渦輪非對稱流動干涉控制討論及驗證 311



6.5 動力渦輪全通流設計計算流程及設計驗證 312



6.5.1 端區密封結構低維模型的建立 312



6.5.2 全通流動力渦輪多維耦合快速設計方法 314



6.5.3 動力渦輪全通流設計計算驗證 316



6.6 本章小結 317



參考文獻 317



彩圖