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发布时间：2022-05-21
从耐高温轴流风机的一般参数出发，通过一维径向参数和子午向径向参数的设计，得到了初步设计方案的性能预测和几何参数。初步方案利用现有的标准叶片型线对三维叶片进行几何建模，通过求解三定流场对初步设计方案进行验证。一维参数设计主要是求解平均半径气动参数的控制方程。采用逐级叠加法对多级压缩系统进行了气动计算。同时调整了耐高温轴流风机相应的攻角、滞后角和损失模型。后，得到了平均半径和子午线流型下的基本气动参数。计算中使用的损失和气流角模型需要大量的叶栅试验作为支撑。现有的实验改进模型包括经典亚音速叶片型线NACA65、C4和BC10，基本满足了风机的初步设计要求。为了准确、快速地得到初步设计方案，可逆转耐高温轴流风机，将现有的经典叶片型线直接用于一维设计和初步设计。当设计负荷**过原模型时，采用MISES方法对S1流面进口断面进行分析，得到初始滞后角，耐高温轴流风机，如本文对高负荷风机的设计。在S2流面设计中，耐高温轴流风机采用流线曲率法对S2流面进行了流量计算。为了简化计算过程，将计算假设为无粘性和恒定绝热，忽略了实际涡轮机械中的三维、非定常和粘性流动特性，引入了叶排损失来表示叶栅中流体粘度的影响。通过三维流场的数值分析，修正了求解S2流面过程中的损失，并通过迭代得到了初步设计方案。
耐高温轴流风机初步设计完成后，本文的气动设计流程在初步设计中进一步优化了S1流面上叶片和叶片的三维叠加，从而完成了详细的气动设计，达到了设计目标。除求解三维流场的N-S方程外，其余部分由气动中心自己的程序完成，保证了过程的平稳、快速。流量系数的选择通过改变速度三角形的轴向速度来影响转子和定耐高温轴流风机叶片的扩散系数。随着流量系数的增大，定、转子叶片的扩散系数均减小。本文的初步设计方案设置为图3中箭头所示的方案，限制为0.55。同时，耐高温轴流风机的流量系数的选择对级效率有影响：级效率随动、静叶进口马赫数的增加而降低；级效率随流量系数的增加而降低，执行机构叶片损失随T进口载荷的增加而增加。转子和定子叶片，小型耐高温轴流风机，而转子叶片进口马赫数略有增加，导致级效率提高；定子进口马赫数随反应性降低而增加，导致定子损失增加。同时，反应性的大小意味着转子和定子叶片需要达到的静压上升的大小。随着反应性的增加，动叶扩压系数增大，静叶扩压系数随反应性的减小而增大。本文选取一定的反应性使转子和定子叶片的扩散系数基本相同。
在耐高温轴流风机机械中，为了防止旋转叶片和固定壳体之间的摩擦，叶片**部和壳体之间必须有一定的间隙。由于叶尖间隙的存在，不可避免地会发生泄漏流。泄漏流与主流相互作用形成的泄漏涡将影响涡轮机械的内部流场和气动性能，尤其是效率、耐高温轴流风机噪声和稳定的工作范围。因此，通过改变叶**间隙形状，对叶**泄漏流进行综合分析，提高涡轮机械的气动性能具有重要的现实意义和工程参考价值。目前，对叶尖间隙进行了一系列的实验和数值模拟研究，主要集中在叶尖和壳体两个方面。对于叶片**部，Young等人[4]采用实验方法研究了单槽、双槽和上斜面对涡轮性能的影响。在此基础上，模拟了耐高温轴流风机、类型和位置对轴流风机性能的影响，指出在设计流量下，叶**双槽结构具有较佳的气动性能，不锈钢耐高温轴流风机，风机效率提高了1.05个百分点。对多级压缩机表明，叶根倒角还可以减小角区的失速，提高工作范围。耐高温轴流风机带肩端间隙涡轮的研究表明，压力侧和吸入侧后缘槽都可以略微增大叶片**面传热系数，但吸入侧后缘槽可以减小间隙的泄漏损失。
