摘要：叶栅端壁是航空发动机高压涡轮中流动结构与传热冷却特征最为复杂的区域之一。为提高采用轴向气膜冷却孔布局的原型涡轮端壁的综合冷却性能,本文依据各区域的流场结构和热负荷特性有针对性地进行局部高效气膜冷却强化设计,包括应用端壁通道进口空气幕冷却、扇形气膜孔以及等马赫数线优化布局等方法,使得冷气可以克服横流和二次流的影响,冷气附壁性和覆盖面积大幅提升。本文采用数值模拟方法在某型航空发动机高压涡轮真实进口条件下,验证了端壁改进冷却设计的耦合换热特性。与端壁原型冷却设计相比,在相同冷气消耗量下,端壁改进冷却设计在涡轮真实平均进口温度2150 K下实现了更低且更均匀的金属温度分布,有效消除了原型冷却设计中存在的局部高温热斑,端壁面积平均综合冷却有效度提升了14.2%。叶栅气动分析表明,端壁改进冷却设计还可以降低叶栅出口总压损失,改善叶栅气动性能。冷气流线分布规律表明,空气幕冷却在端壁应用中表现出良好的冷却性能;当空气幕冷气吹风比达到1.85时,可以克服端壁附近涡系的影响而达到尾缘区域形成冷却,并削弱二次流对压力面侧气膜冷却的不利影响;但当空气幕冷气吹风比达到2.12时则会由于过大的射流动量而脱离端壁表面,从而损失部分冷却效果,因此需要合理分配冷气用量。

摘要：针对多学科领域中毫米级微型燃气轮机系统的设计原则、性能参数选取和整体可实现性条件进行了理论综述、对比研究和量化分析.结果表明:由于毫米级微型燃气轮机系统通常采用无回热器结构的布雷顿简单循环体系,压气机与透平主要受到低Re流动的影响和二维几何结构的限制,因此在设计时需利用不同叶片厚度来分布控制流动分离,并采用相同叶高且间隙分别是弦长和叶高的0.2%和1%;间隙泄漏、传热损失、转捩流动、出口损失和尺寸效应等因素对性能的影响不容忽视;微型燃烧室设计要求确保充分预混并采用小当量流量比稳定燃烧;装置材料应选用高强度系数的耐高温陶瓷、硅或合金,轴承采用高稳定性气体轴承.通过循环分析表明,微型燃气轮机要达成102W级的可实现性循环,透平进口温度应大于1 100 K,压比大于3,压气机和透平的效率分别达到70%和75%,流量控制在2 g/s以下,叶轮的直径转速乘积达到8 500 mm.r/min,燃烧室总压损失不超过5%.

摘要：本文发展并完善了一种基于非受控解的排序、基于共享机制的小生境技术和交配约束的多目标遗传算法，在一元热力设计基础上，对一个透平级取实际压力与给定压力的差值和级的作功能力为目标函数进行了优化。算例表明该算法具有同时捕获—组解的能力，对于解决多目标优化问题具有很强的适应性和合理的优化结果，是一种有效的多目标优化方法。

摘要：在透平叶栅气动热力学计算基础上，并以透平叶栅的能量损失系数和做功能力为目标函数，引入了带有变加权系的、鲁棒性极强的遗传算法来进行叶栅的多目标优化设计。文中给出了基于遗传算法的多目标优化设计方法的机理和具体步骤，介绍了透平叶栅多目标优化设计的数学模型，并对一个典型的跨音速叶栅进行了多目标优化计算和分析。优化结果表明，此方法的应用能够捕获一组非受控解，这一点不仅充分体现了多目标优化设计的思想，而且说明了此算法的有效性。

摘要：提出了基于复合进化算法和Navier-Stokes方程求解技术的透平叶栅气动设计方法。复合遗传算法是结合进化算法与单纯形法,通过对群体中的最差个体采用单纯形法进行改造,提高进化遗传算法的搜索效率。透平叶栅的气动优化设计目标是总压损失最小。总压损失的计算采用Reynolds平均Navier-Stokes方程求解技术,紊流模型采用Baldwin-Lomax代数紊流模型。优化设计变量是叶栅型线参数化Bezier曲线控制点坐标,优化设计得到叶栅的总压损失减小了20%。设计结果证明了本文所提出的优化技术对透平叶栅气动设计是一种有效的方法。

摘要：对微型燃气轮机向心透平导向器叶片型线的设计原则进行了探讨,设计出了5种尾缘厚度的导向器叶片,并分别对其通道流场进行了全三维黏性数值模拟. 研究结果表明:以该型线设计原则设计出的高亚音速向心透平导向器叶片具有较高的流动效率,并且可以有效减小向心透平的径向尺寸;尾缘相对厚度对导向器叶片流动特性及效率影响较大,尾缘相对厚度每增加1%.叶轮进口气流角将减小约0.03°,速度系数将降低约0.1%.考虑到目前高温合金精密铸造的工艺水平,导向器叶片尾缘厚度取0.6～1.0 mm、尾缘相对厚度小于15%可以获得较高的气动性能.

摘要：将模拟退火算法与透平叶栅跨音速粘流气动计算相结合，并将其应用于透平叶栅的多目标优化设计．在多目标优化设计中，采用最小偏差法，并以叶栅的损失系数和做功能力为目标函数进行了优化设计．优化结果表明，此方法能够克服传统优化算法极易陷入局部极值的缺点，因而得到了比传统算法更优的设计方案．

摘要：环型燃烧室虽然结构复杂,但具有燃烧效率高、结构紧凑等优点,更符合微型燃气轮机未来发展的要求。文中结合微型燃气轮机的研发,进行了 100kW 级微型燃气轮机环型燃烧室的初步设计工作,在设计中,采用了按燃烧完全度、总压恢复系数、原准机放大等三种方法进行基本几何尺寸的确定,并将三种设计尺寸相比较,取其最大设计尺寸进行燃烧室结构的初步设计;并在初步设计的基础上,通过数值计算及分析,探讨了燃烧室内燃烧流动和燃烧室出口温度分布的特点及其对进一步设计的影响;数值结果同设计数据的基本一致,表明文中设计基本满足了设计要求。

摘要：针对汽轮机高低齿迷宫式隔板汽封的复杂结构和轴的旋转效应,采用数值求解三维Navier-Stokes方程技术研究其泄漏流动特性。采用有限体积方法离散Navier-Stokes方程和标准k-ε两方程紊流模型封闭方程组。数值求解方法采用SIMPLE算法,迎风二阶格式求解对流项,迎风一阶格式求解扩散项。研究分析了在相同汽封轴向距离和汽封间隙条件下,三种不同齿数的高低齿迷宫式隔板汽封在不同压比下的泄漏流动特性,并计算了相应的量纲一流量系数。数值模拟结果证明了在相同压比和汽封轴向距离条件下齿数减小会造成泄漏量增加,在相同的齿数条件下,量纲一流量系数随着压比增加而增大。研究工作为工程设计高低齿迷宫式汽封提供了理论依据和技术支撑。

摘要：基于Ｄｅｎｔｏｎ的对五差分格式，发展了径流式透平叶轮内部三元流动Ｅｕｌｅｒ方程的时间推进有限体积求解方法，并对一个车用增压器径流式透平叶轮的内部流动在多个工况条件下进行了计算分析，揭示了其内流规律，与准三元流动分析结果的比较表明：准三元流动模型由于忽略了流面厚度的变化，相应的流动分析和设计计算都有局限性。因而，对径流式透平叶轮应该采用全三元流动分析方法设计叶道，以求叶轮内流效率及透平性能有较大幅度的改善。