透平机械第三类相对流面S3理论

作者：蔡佑林

来源：水动力学研究与进展A辑, 2023, 38(05): 802-807.

DOI：10.16076/j.cnki.cjhd.2023.05.017

• 透平机械
• 二次流
• 两类相对流面
• 第三类相对流面S3

该文针对透平机械内复杂的二次流描述问题，提出了第三类相对流面S3理论。几何上S3流面垂直于第一类流面S1与第二类流面S2，即S3流面的法向为主流运动方向，通过S3流面的流动为主流，S3上的流动均为二次流，且二次流均在S3流面上。根据定义，S3流面上的速度通量为透平机械流量，其速度功(环量)为主流的涡通量，通过S3流面将透平机械内部流动分解为主流与二次流。S3流面为二次流的提取与二次流损失及流致噪声评估奠定了基础。三类流面S1、S2与S3两两相交，形成三条曲线，基于三条曲线构建曲线坐标系S3(a, b, c),a轴为S1与S2流面的交线，描述主流运动；S3面分别与S1和S2的交线b轴与c轴分别表征从压力面到吸力面及叶根到叶梢方向的两个典型二次流，从而实现透平机械内复杂流场的完整描述。该文以典型的透平机械喷水推进泵为例，构建S3坐标系，开展流体微团力学分析，建立了基于三类流面的数理模型，阐明了流线弯曲及科氏力对二次流的作用机理，依据能量定义建立了二次流损失评估模型，形成了二次流S3流面理论。该文将经典的两类流面拓展至三类，发展了透平机械流动理论，开辟了透平机械叶型设计分析新路径，为水动力与振动噪声性能的提升奠定了理论基础。