高负荷涡轮非轴对称端壁扇形叶栅流场数值研究的开题报告.docx

高负荷涡轮非轴对称端壁扇形叶栅流场数值研究的开题报告
一、研究背景
高负荷涡轮是高效能燃气轮机的核心部件之一。然而，在实际生产过程中，高负荷涡轮叶片会受到高温、高压、大负荷等多种因素的影响，导致损耗加剧，耐久性下降，甚至出现不安全隐患。因此，对高负荷涡轮的研究和优化，对整个燃气轮机的发展具有非常重要的意义。
叶栅是高负荷涡轮的组成部分之一，也是影响高负荷涡轮性能的重要因素之一。非轴对称端壁扇形叶栅作为一种新型的高性能叶栅形式，具有较好的防振性能、射流流场控制能力和载荷分配能力等优点，逐渐被应用于各种型号的高负荷涡轮中。
因此，本文旨在通过流场数值模拟方法，研究高负荷涡轮非轴对称端壁扇形叶栅的流场特性及其对叶片性能的影响，以期为高负荷涡轮的优化提供有力的支撑。
二、研究内容和方法
2.1研究内容
（1）梳理高负荷涡轮及非轴对称端壁扇形叶栅的相关文献，了解相关理论和应用特点；
（2）建立高负荷涡轮非轴对称端壁扇形叶栅的流场模型，并进行数值模拟；
（3）对比不同叶栅内径对流场的影响，探讨其内部流动特性；
（4）基于数值模拟结果，分析非轴对称端壁扇形叶栅的阻力特性、振荡特性、载荷分配特性、流动分离特性等；
（5）通过数值计算结果，优化高负荷涡轮的叶栅结构和参数，提高其性能。
2.2研究方法
（1）数值模拟方法：采用计算流体力学（CFD）技术，利用商业软件AnsysFluent对高负荷涡轮非轴对称端壁扇形叶栅进行数值计算。
（2）网格生成：通过商业软件GAMBIT对叶栅内部流道进行网格划分、优化和修剪，以提高数值计算的精度和稳定性。
（3）计算条件：设置入口、出口、叶栅壁面边界条件，分别为叶栅内的流量、压力、温度等参数提供准确的边界条件。同时采用k-ε模型和SST工程流模型，对复杂流场进行模拟。
三、研究意义
（1）通过数值模拟方法，研究高负荷涡轮非轴对称端壁扇形叶栅的流场特性，可深入了解叶栅内的流动规律和稳定性，为高温、高压等复杂环境下的叶栅设计提供理论依据。
（2）对比不同叶栅内径对流场的影响，有助于分析叶栅内流动的分布特点，为设计优化提供建议和参考。
（3）通过分析非轴对称端壁扇形叶栅的阻力特性、振荡特性、载荷分配特性、流动分离特性等，探讨其优越的性能特点和优化空间，为高负荷涡轮的优化提供参考。
（4）通过优化高负荷涡轮的叶栅结构和参数，提高其性能，能够改善叶栅的损耗和寿命，进而提高整个燃气轮机的性能，具有重要的工程应用价值。
四、研究计划和进展
4.1研究计划
（1）第一阶段：对高负荷涡轮非轴对称端壁扇形叶栅的流场模型进行建立和优化。
（2）第二阶段：基于已建立的流场模型，采用CFD数值模拟方法，研究叶栅内部的流动特性、振荡特性和阻力特性等。
（3）第三阶段：通过对比不同叶栅内径对流场的影响，分析叶栅内部流动规律，进而结合计算结果，改善叶栅的结构和参数，提高其性能。
（4）第四阶段：对优化后的叶栅进行实验验证和探究，以期得到更加准确的计算结果和优化设计方案。
4.2研究进展
目前，已经完成了对高负荷涡轮非轴对称端壁扇形叶栅流场模型的建立和优化工作，同时还针对不同叶栅内径进行了数值模拟计算，并初步分析了流场特性、振荡特性和阻力特性等。接下来，将会针对计算结果进一步深入的分析和优化设计，以期取得更好的研究进展。