【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及微型燃機向心渦輪設計，具體為一種微型燃機渦輪蝸殼及噴嘴環的設計方法。
技術介紹
1、微型燃氣輪機作為廣泛用于小型分布式發電動力裝置，符合對能源供給多樣化的發展需求。先進微型燃氣輪機具有多臺集成擴容、多燃料、低燃料消耗率、低噪音、低排放、低振動、低維修率、可遙控和診斷等一系列先進技術特征。
2、渦輪蝸殼及噴嘴環是微型燃機中燃氣通流的關鍵零件，能夠將燃機中從壓氣機引來的氣體按一定的流路通過并進入渦輪葉輪，使其更有效的做功。
3、在向心渦輪的傳統設計方法中普遍采用零渦設計方法，但是該種設計方法無法得到最小流動損失和最高的輪周效率。同時傳統的噴嘴環導向葉柵采用的島狀葉型、薄板葉型、楔狀對稱葉型和一些氣動葉型，這些傳統葉型的能量轉換率相對較低。
4、蝸殼出口與噴嘴環連接通氣的地方，傳統通常情況設計為空腔結構，這種設計會在一定程度上降低蝸殼的強度儲備。
技術實現思路
1、綜上所述，本專利技術目的在于提供一種微型燃機向心渦輪蝸殼及噴嘴環的設計方法，用以滿足燃機總體性能參數，如進口溫度，進氣壓力，渦輪增壓比，排氣溫度，渦輪轉數，輪周效率的要求，并進一步提高渦輪的氣動性能和減少氣流的流動損失。
2、本專利技術的采用的技術方案為：一種微型燃機向心渦輪蝸殼及噴嘴環的設計方法，包括以下內容：
3、(1)采用近零渦設計方法進行蝸殼及噴嘴環的一維設計；
4、所述近零渦設計方法在零渦設計方法的基礎上，通過對零渦設計方法中的速比
5、其中，采用近零渦設計方法進行蝸殼及噴嘴環的一維設計具體為：
6、通過熱力學中的熵增定律及焓減原理，利用葉輪入口前的氣動參數和結構參數，得到噴嘴環導向葉柵前后的結構參數和氣動參數，利用噴嘴環一維設計中所得到的導向葉柵前的結構參數和氣動參數得到蝸殼的一維幾何結構參數，蝸殼的截面形狀為梯形截面；
7、(2)使用三維建模軟件構建噴嘴環和蝸殼的三維幾何建模；
8、在對噴嘴環建模時，首先要確定導向葉珊的中弧線，然后選擇導向葉柵的葉型，最后結合噴嘴環的一維結構參數在三維建模軟構建噴嘴環三維幾何建模；
9、其中，在對噴嘴環建模時，采用單圓弧作為導向葉珊的中弧線，在確定導向葉柵中弧線時需要將噴嘴出口角度減??；
10、其中，導向葉柵與葉輪之間設有一段無葉的徑向間隙；
11、其中，導向葉柵的葉型利用軸流平面葉柵燃氣渦輪設計中的整數運算方式，通過保形變換得到；
12、(3)三維流動分析與結構優化；
13、三維流動分析的數值模擬是利用流場分析軟件star-cd進行的，模擬時將向心渦輪的動靜兩部分同時算，在處理動靜之間的關系時采用star-cd中的多旋轉參考系的隱式方法；紊流模型選的是標準的k-ε雙方程紊流模型，即高雷諾數k-ε雙方程紊流模型；流體可看作是理想氣體，滿足理想氣體狀態方程，并且為可壓流體(ma＞0.3)，所以選物性參數時ρ＝f(t,p)，ma-馬赫數，ρ-密度，t-溫度，p-壓力；比熱為常量，大小為1148.86焦/千克·開；邊界條件進口是駐點，給定總壓、總溫和來流方向，總壓p0*＝34200(pa)，總溫t0*＝1173(k)；出口條件是給定排氣壓力p2＝109960(pa)，排氣溫度t2＝903(k)；
14、根據微型燃機的總體設計要求，對蝸殼和噴嘴環的結構進行優化，其中：
15、當葉輪進口流量未達到設計要求時，可增加噴嘴環導向葉柵的葉高來增加葉輪進口流量；
16、當葉輪進口的絕對流速明顯小于一維設計時的進口流速，葉輪出口的總溫也要高于一維的設計值時，可減少噴嘴環導葉的出口葉片角和動葉的出口葉片角來增加葉輪進口絕對流速；
17、進一步的，蝸殼出口處設置多個肋；
18、進一步的，噴嘴環進口和肋的出口之間設有徑向間隙段。
19、本專利技術的有益效果為：
20、1、本專利技術采用了近零渦向心渦輪的設計方法，可以將有效減小氣流流動損失，而且能夠提高轉子的輪周效率。
21、2、噴嘴環葉型設計在近零渦設計的框架下，用軸流平面葉柵燃氣渦輪設設計中的整數運算方式保形變換得到所需要的環狀葉柵，這種葉型會得到更好的氣動效果，提高能量轉換率。
22、3、蝸殼設計中其出口處增加肋，避免了蝸殼可能出現的靜強度不足的問題。
23、4、噴嘴環和蝸殼的設計在滿足微型燃機向心渦輪的總體設計要求之外，進一步提高渦輪的氣動性能和減少氣流的流動損失。
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1.一種微型燃機向心渦輪蝸殼及噴嘴環的設計方法，其特征在于，包括以下內容：
2.根據權利要求1所述的微型燃機向心渦輪蝸殼及噴嘴環的設計方法，其特征在于，采用近零渦設計方法進行蝸殼及噴嘴環的一維設計具體為：
3.根據權利要求1所述的微型燃機向心渦輪蝸殼及噴嘴環的設計方法，其特征在于，蝸殼出口處設置多個肋。
4.根據權利要求3所述的微型燃機向心渦輪蝸殼及噴嘴環的設計方法，其特征在于，噴嘴環進口和肋的出口之間設有徑向間隙段。
5.根據權利要求1所述的微型燃機向心渦輪蝸殼及噴嘴環的設計方法，其特征在于，在對噴嘴環建模時，采用單圓弧作為導向葉珊的中弧線，在確定導向葉柵中弧線時需要將噴嘴出口角度減小。
6.根據權利要求1所述的微型燃機向心渦輪蝸殼及噴嘴環的設計方法，其特征在于，導向葉柵與葉輪之間設有一段無葉的徑向間隙。
7.根據權利要求1所述的微型燃機向心渦輪蝸殼及噴嘴環的設計方法，其特征在于，導向葉柵的葉型利用軸流平面葉柵燃氣渦輪設計中的整數運算方式，通過保形變換得到。
【技術特征摘要】
1.一種微型燃機向心渦輪蝸殼及噴嘴環的設計方法，其特征在于，包括以下內容：
2.根據權利要求1所述的微型燃機向心渦輪蝸殼及噴嘴環的設計方法，其特征在于，采用近零渦設計方法進行蝸殼及噴嘴環的一維設計具體為：
3.根據權利要求1所述的微型燃機向心渦輪蝸殼及噴嘴環的設計方法，其特征在于，蝸殼出口處設置多個肋。
4.根據權利要求3所述的微型燃機向心渦輪蝸殼及噴嘴環的設計方法，其特征在于，噴嘴環進口和肋的出口之間設有徑向間隙段。
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【專利技術屬性】
技術研發人員：田波，陳勇，周帥，唐海軍，王健，
申請(專利權)人：中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司，
類型：發明
國別省市：
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