小流量工况下透平与非轴对称排气（汽）系统流动控制研究

This project will utilize the method in which experimental observations are combined with numerical simulations to investigate the mechanisms of flow controlling on coupled flow in axial turbine and non-axisymmetric exhaust system at low volumetric flow conditions. The experimental and numerical results will be made to explain the correlation between the real flow fields in the turbine with non-axisymmetric exhaust system and rotating instability of the last stage turbine. Our purposes are to understand the interaction of the effects on the coupled flow imposed by large scale non-axisymmetric geometry of the exhaust and flow ejection, and to put forward a matching method of the exhaust system design and flow controlling. Finally, we expect to make a contribution to the theoretical exploration for turbomachiery.

小流量工况下，船用燃气轮机、大功率汽轮机上所采用非轴对称排气系统结构与末级透平内部会产生复杂的流场分离，本申请项目将关注这种流动恶化现象，开展非轴对称流场条件下的流动控制机制研究。本项目使用实验研究和数值模拟相结合的方法，阐明小流量下流动分离的产生、发展机理，探索透平与排气（汽）系统内的大尺度非轴对称非定常流动与流动控制引入的某一周向位置处的小尺度扰动相互影响规律，提出将小尺度流场控制和排气（汽）系统结构优化有机结合起来的方案。本项目从透平与及非轴对称排气（汽）系统间流场相互作用角度出发研究小流量下的复杂流动状态，拟解决在该领域的争议性问题，同时创造性的提出借助先进的流动控制技术改善小流量工况下的流动恶化这一难题，开展的研究将填补非轴对称流场流动控制理论的空白，并为拓宽叶轮机械高效、安全运行工况范围提供坚实的理论基础和技术支持。

小流量工况下，舰用燃气轮机、大功率汽轮机上所采用的非轴对称排气系统与末级透平内部会产生复杂的流场分离，本申请项目将关注这种流动恶化现象，开展非轴对称流场条件下的流动控制机制研究。本项目使用实验和数值模拟相结合的方法，首先阐明小流量下流动分离的产生、发展机理，透平出口流场变化是引起流动分离的主要因素；探索透平与排气（汽）系统内的大尺度非轴对称非定常流动与局部流动控制引入小尺度扰动相互影响，发现合适的扩压器外环端壁对透平与排气（汽）系统耦合流动的影响最为强烈，局部流动控制引入凹槽不仅增强对局部流动的控制还降低流动损失；通过扩压器端壁柔性可调可实现流动控制和结构优化有机结合。. 本项目从透平与非轴对称排气（汽）系统间流场相互作用角度出发，研究小流量下的复杂流动状态，解决在该领域的争议性问题，同时创新性的提出借助先进的流动控制技术改善小流量工况下的流动恶化这一难题。开展的研究填补非轴对称流场流动控制理论和空白，为拓宽叶轮机械高效、安全运行工况范围提供坚实的理论基础和技术支持。