CN114251129A - 用于透平机械二次流分析评估第三类流面及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一个技术方案是提供了一种用于透平机械二次流分析评估的第三类流面，其特征在于，所述第三类流面S3与S1流面以及S2流面均正交。本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的第三类流面的设计方法。本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的第三类流面的应用，其特征在于，用于再现、分析并量化评估透平机械叶片二次流。本发明提供了用于再现并评估透平机械内二次流的第三类流面S3以及该第三类流面S3的设计方法，实现了二次流的分析与量化评估，为透平机械流动性能的提升奠定了基础。

Description

用于透平机械二次流分析评估第三类流面及其设计方法
技术领域
本发明涉及一种透平机械微观流场二次流的分析技术，应用本发明提供的技术实现了透平机械二次流的再现与评估，属于流体机械领域。
背景技术
针对透平机械内复杂的流动现象，1952年，吴仲华教授提出了著名的两类相对流面，揭开了流体机械三元设计分析的新纪元。两类相对流面分为S1和S2流面，S1流面近似为回转面，S2流面近似为叶片骨面，通过S1流面和S2流面将泵内的三元流动分解为两个相关的二元流动。
透平机械任意相邻的两叶片与轮毂构成的叶栅通道内，压力面压力高，吸力面压力低，存在压力差，压力面边界层内低速流体在压力梯度作用下，从压力面经轮毂流向吸力面，形成经典的与主流运动垂直的二次流。二次流是透平机械内普遍存在的现象，存在于叶片表面边界层内。二次流不仅使吸力面边界层增厚，容易分离，直接引起能量损失，而且还产生水力损失，使主流流场发生畸变从而降低性能。两类流面描述了叶栅内的主流运动问题，不能分析评估与主流运动垂直的二次流问题。对于二次流问题，通过多年的研究，其机理基本解决，但对透平机械性能影响的量化评估至今未能解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对透平机械内复杂的流动现象，现有的S1流面和S2流面不能分析评估与主流运动垂直的二次流问题。
为了达到解决上述技术问题，本发明的一个技术方案是提供了一种用于透平机械二次流分析评估的第三类流面，其特征在于，所述第三类流面S3与S1流面以及S2流面均正交。
优选地，所述第三类流面S3上流动的均为二次流。
优选地，所述S1流面为回转流面。
优选地，所述S2流面为叶片骨面。
本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的第三类流面的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在透平机械内作S1流面；
步骤2、在透平机械内作S2流面；
步骤3、在透平机械内根据与S1流面及S2流面均正交的原则作上述的第三类流面S3。
优选地，步骤1中，所述S1流面为回转流面。
优选地，步骤1中，所述S2流面为叶片骨面。
优选地，在所述步骤3之后还包括：
步骤4、在所述第三类流面S3再现、分析并定量评估二次流。
优选地，在步骤4中，应用数值模拟技术进行所述再现、分析并定量评估二次流。
本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的第三类流面的应用，其特征在于，用于再现、分析并量化评估透平机械叶片二次流，利用数值模拟工具结合上述的第三类流面S3，实现二次流的量化评估。
本发明提供了用于再现并评估透平机械内二次流的第三类流面S3以及该第三类流面S3的设计方法，实现了二次流的分析与量化评估，为透平机械流动性能的提升奠定了基础。
附图说明
图1为用于分析透平机械二次流的新流面S3示意；
图2为S3流面上的二次流示意，图中，A为叶片压力面，B为叶片吸力面，C为二次流，D为轮毂。
具体实施方式
本说明书中附图所显示的大小、比例等只是示意性的，用以配合说明书所描述的内容，并非用以限定本发明的实施条件，不影响本发明所产生的功效。本说明书中所述的“上”、“下”、“内”、“外”等位置关系仅是为了方便描述，而非用以限定本发明的可实施范围，其相对关系的改变，在无实质变更技术内容下亦视为本发明的可实施范畴。
如图1所示，本发明提供的一种用于透平机械二次流分析评估的第三类流面S3与吴仲华教授提出S1流面与S2流面均正交，S1流面为回转流面，S2流面为叶片骨面。结合图2，本发明提供的第三类流面S3上流动与主流运动垂直，均为二次流，应用数值模拟技术在第三类流面S3上再现二次流的流动，并进一步对二次流的流动进行分析与量化评估，最终实现了二次流影响的量化评估。
上述第三类流面S3通过以下方法设计，包括以下步骤：
步骤1、在透平机械内作回转流面，即S1流面；
步骤2、在透平机械内作叶片骨面，即S2流面；
步骤3、根据与S1流面、S2流面均正交的原则，在透平机械内作第三类流面S3；
步骤4、应用数值模拟等技术再现二次流在第三类流面S3上的流动，并进一步对二次流的流动进行分析与量化评估。

Claims (10)

1.一种用于透平机械二次流分析评估的第三类流面，其特征在于，所述第三类流面S3与S1流面以及S2流面均正交。
2.如权利要求1所述的一种用于透平机械二次流分析评估的第三类流面，其特征在于，所述第三类流面S3上流动的均为二次流。
3.如权利要求1所述的一种用于透平机械二次流分析评估的第三类流面，其特征在于，所述S1流面为回转流面。
4.如权利要求1所述的一种用于透平机械二次流分析评估的第三类流面，其特征在于，所述S2流面为叶片骨面。
5.一种如权利要求1所述的第三类流面的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在透平机械内作S1流面；
步骤2、在透平机械内作S2流面；
步骤3、在透平机械内根据与S1流面及S2流面均正交的原则作如权利要求1所述的第三类流面S3。
6.如权利要求5所述的一种第三类流面的设计方法，其特征在于，步骤1中，所述S1流面为回转流面。
7.如权利要求5所述的一种第三类流面的设计方法，其特征在于，步骤1中，所述S2流面为叶片骨面。
8.如权利要求5所述的一种第三类流面的设计方法，其特征在于，在所述步骤3之后还包括：
步骤4、在所述第三类流面S3再现、分析并定量评估二次流。
9.如权利要求8所述的一种第三类流面的设计方法，其特征在于，在步骤4中，应用数值模拟技术进行所述再现、分析并定量评估二次流。
10.一种如权利要求1所述的第三类流面的应用，其特征在于，用于再现、分析并量化评估透平机械叶片二次流，利用数值模拟工具结合如权利要求1所述的第三类流面S3，实现二次流的量化评估。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997021035A1 (en) * 1995-12-07 1997-06-12 Ebara Corporation Turbomachinery and method of manufacturing the same
CN101629837A (zh) * 2009-02-10 2010-01-20 中国人民解放军总后勤部油料研究所 一种液体涡轮流量计及其流量计量方法
CN102567634A (zh) * 2011-12-23 2012-07-11 中国水利水电科学研究院 一种基于水循环的地下水数值仿真方法
CN105781626A (zh) * 2016-03-03 2016-07-20 哈尔滨工程大学 一种大子午扩张涡轮的三维正交非定常设计方法
CN108491572A (zh) * 2018-02-11 2018-09-04 合肥市太泽透平技术有限公司 一种基于两面流理论的透平机械二维流动仿真方法
CN109598081A (zh) * 2018-12-13 2019-04-09 西安交通大学 基于数据降维及多二维流面的径流式透平气动优化方法
CN110738011A (zh) * 2019-10-11 2020-01-31 中国航发沈阳发动机研究所 一种发动机内结构件的温度评估方法及系统
CN111881618A (zh) * 2020-07-06 2020-11-03 西安交通大学 一种超临界co2布雷顿循环耦合优化方法、存储介质及设备
CN113591419A (zh) * 2021-08-27 2021-11-02 西安交通大学 一种径流式透平机械一维设计评估及优化方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997021035A1 (en) * 1995-12-07 1997-06-12 Ebara Corporation Turbomachinery and method of manufacturing the same
CN101629837A (zh) * 2009-02-10 2010-01-20 中国人民解放军总后勤部油料研究所 一种液体涡轮流量计及其流量计量方法
CN102567634A (zh) * 2011-12-23 2012-07-11 中国水利水电科学研究院 一种基于水循环的地下水数值仿真方法
CN105781626A (zh) * 2016-03-03 2016-07-20 哈尔滨工程大学 一种大子午扩张涡轮的三维正交非定常设计方法
CN108491572A (zh) * 2018-02-11 2018-09-04 合肥市太泽透平技术有限公司 一种基于两面流理论的透平机械二维流动仿真方法
CN109598081A (zh) * 2018-12-13 2019-04-09 西安交通大学 基于数据降维及多二维流面的径流式透平气动优化方法
CN110738011A (zh) * 2019-10-11 2020-01-31 中国航发沈阳发动机研究所 一种发动机内结构件的温度评估方法及系统
CN111881618A (zh) * 2020-07-06 2020-11-03 西安交通大学 一种超临界co2布雷顿循环耦合优化方法、存储介质及设备
CN113591419A (zh) * 2021-08-27 2021-11-02 西安交通大学 一种径流式透平机械一维设计评估及优化方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
蔡佑林: "透平机械第三类相对流面S3 理论", 《水动力学研究与进展》, vol. 38, no. 5, 30 September 2023 (2023-09-30), pages 802 - 807 *

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