薛彬彬 刘 艳 杨金广 李 志

(大连理工大学能源与动力工程学院）

0 引言

经过多年的发展，轴流涡轮的气动设计体系逐渐完善。自20世纪40年代以来涡轮气动设计体系可分为一维、二维、准三维、全三维和非定常气动设计等五个阶段[1]。一维设计方法主要利用涡轮基元级工作原理和简单径向平衡方程。1952 年吴仲华[2]先生首次将叶轮机械内部的三元流动分解为S1和S2两类二维流面内的流动，从而推动了以完全径向平衡方程为基础的涡轮二维设计方法的快速发展。随着计算机技术和CFD学科的进步，涡轮准三维设计方法逐渐在涡轮设计中发挥重要作用。所谓准三维方法，是指在进行通流计算时利用中心S2 流面和多个S1 流面进行交替迭代求解，从而得到涡轮内部流动的准三元解，一般S1流面的计算可以对各截面叶型进行优化设计，S2 流面的计算则能够得到涡轮气动参数的展向分布。目前准三维设计方法在工程应用中占据主要地位，国外一些先进的透平机械公司例如Rolls-Royce 和Pratt&Whitney 都在设计中采用了准三维迭代方法[3]。涡轮全三维设计方法的出现主要弥补了准三维方法对端壁流动效应计算的不足，同时可实现对激波的预测，目前全三维设计方法已经用于复杂涡轮叶片的优化设计，用于研究叶片不同径向积叠方式和弯扭效应对涡轮性能的影响。涡轮非定常设计体系则将气动设计体系和非定常流动因素进行有机结合，从而实现气固热耦合的涡轮一体化优化设计[3]。……