[发明专利]一种低压涡轮端区二次流的耦合控制结构及方法

权利要求书

1.一种低压涡轮端区二次流的耦合控制结构，所述低压涡轮包括轮毂以及沿周向均匀分布在所述轮毂上的多个低压涡轮叶片，相邻两所述低压涡轮叶片之间形成涡轮叶片通道，所述低压涡轮的上游设有高压涡轮，其特征在于，

各所述涡轮叶片通道内的轮毂壁面形成为局部凹凸化非轴对称轮端壁，所述局部凹凸化非轴对称轮端壁使用三角函数法进行参数化造型，每条叶栅通道端壁型线均采用以下正弦函数Z_i(y)构建：

其中，为幅值函数，表达式为为周向调节函数，取1.3～1.8；、b、c、d为常数，为非轴对称端壁轴向起始位置，b为非轴对称端壁轴向结束位置，c为非轴对称端壁周向起始位置，d为非轴对称端壁周向结束位置；x为周向方向坐标，y为周向方向坐标；C为非轴对称轮毂端壁造型时幅值，取叶高的3％～6％；

所述低压涡轮的上游与高压涡轮的下游之间布置多个可沿周向移动的圆柱棒，各所述圆柱棒的移动方向是从所述低压涡轮叶片的吸力面往压力面方向移动，使得所述高压涡轮的叶片表面边界层离开其尾缘后，在各所述圆柱棒的扰动下形成为上游周期性非定常尾迹，各所述圆柱棒在轴向上与所述低压涡轮叶片前缘之间的距离Bx与所述低压涡轮叶片的轴向弦长Cx的比值为0.3～0.7，并且，圆柱棒与低压涡轮叶片前缘之间的轴向间距可调整，通过调整圆柱棒与低压涡轮叶片前缘的轴向间距进而改变上游尾迹打到低压涡轮叶片吸力面上的不同位置，从而更好的控制低压涡轮叶片吸力面分离和端区二次流强度。

2.根据权利要求1所述的低压涡轮端区二次流的耦合控制结构，其特征在于，所述局部凹凸化非轴对称轮端壁的最大高度差为5～10mm，并可根据端区二次流的强弱适当增减非轴对称轮端壁上凸和下凹的高度。

3.根据权利要求1所述的低压涡轮端区二次流的耦合控制结构，其特征在于，所述低压涡轮为高负荷低压涡轮，或超高负荷低压涡轮。

4.一种低压涡轮端区二次流的耦合控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤，

SS1.提供一初始低压涡轮，所述低压涡轮包括轮毂以及沿周向均匀分布在所述轮毂上的多个低压涡轮叶片，相邻两所述低压涡轮叶片之间形成涡轮叶片通道，且所述低压涡轮的上游设有高压涡轮，且所述初始低压涡轮中各所述涡轮叶片通道内的轮毂壁面为均匀平滑表面；

SS2.以相邻两所述低压涡轮叶片所围的区域为一个周期，将各所述涡轮叶片通道内的轮毂壁面重新进行造型，使其形成为局部凹凸化非轴对称轮端壁，所述局部凹凸化非轴对称轮端壁使用三角函数法进行参数化造型，每条叶栅通道端壁型线均采用以下正弦函数Z_i(y)构建：

其中，为幅值函数，表达式为为周向调节函数，取1.3～1.8；、b、c、d为常数，为非轴对称端壁轴向起始位置，b为非轴对称端壁轴向结束位置，c为非轴对称端壁周向起始位置，d为非轴对称端壁周向结束位置；x为周向方向坐标，y为周向方向坐标；C为非轴对称轮毂端壁造型时幅值，取叶高的3％～6％；

SS3.在所述低压涡轮的上游与高压涡轮的下游之间布置多个可沿周向移动的圆柱棒，各所述圆柱棒的移动方向是从所述低压涡轮叶片的吸力面往压力面方向移动，使得所述高压涡轮的叶片表面边界层离开其尾缘后，在各所述圆柱棒的扰动下形成为上游周期性非定常尾迹，各所述圆柱棒在轴向上与所述低压涡轮叶片前缘之间的距离Bx与所述低压涡轮叶片的轴向弦长Cx的比值为0.3～0.7，并且，圆柱棒与低压涡轮叶片前缘之间的轴向间距可调整，通过调整圆柱棒与低压涡轮叶片前缘的轴向间距进而改变上游尾迹打到低压涡轮叶片吸力面上的不同位置，从而更好的控制低压涡轮叶片吸力面分离和端区二次流强度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述局部凹凸化非轴对称轮端壁的最大高度差为5～10mm，并可根据端区二次流的强弱适当增减非轴对称轮端壁上凸和下凹的高度。