燃气轮机导论课程心得体会

为期16个周的课程让我不仅学到了关于透平冷却、透平气动设计和压气机气动设计、内部流动、气动热力学等很多方面的知识，开拓了思路，非常感谢付老师耐心解答我的问题，课上与老师的交流使我获益良多。聂老师分享的很多人生感悟以及聂老师对于学术孜孜不倦的精神。感谢聂老师在百忙之中还耐心的解答我提出的问题，其中有一个关于级与级组的临界压力的问题，需要推导公式，为了便于我的理解，聂老师还专门做了PPT让同学给我。我深深的感受到聂老师乐于与学生分享知识，平易近人的这种人格魅力，给我们大家树立了优秀的榜样。

付老师所讲解的透平气动设计部分详细地阐述了从一维初步气动设计到三维的详细气动设计。一维气动设计方面，三个主要的平均半径上的气动无量纲系数之间的关系，即载荷系数、速度系数、反力度，低的载荷系数和低的流量系数意味着叶片通道内部的流动阻力降低，则级效率会高；而级的载荷系数较低，那么意味着级数必须增加；流量系数低，则意味着涡轮的环形面积必须增加；现代发动机在追求高推重比和低耗油率，这就意味着必须有大的在载荷系数和流量系数；也给出了随着透平反动度的变化，级速度三角形的变化的规律。同时也认识到采用无量纲系数的意义，即便于数学处理，通过无量纲化把物理量转化为数值上的关系，处理起来的效率比有量纲的公式便会高得多。同时老师讲解的透平设计点工况设计流程使得我对三个无量纲系数之间的关系的认识更加深刻，也有助于我课题中关于透平一维气动设计方面有较大的帮助。由于现代先进燃机的透平中的进气温度可以达到1600K，透平初温的进一步提高也有赖于先进的透平冷却技术。故成熟的透平的一维气动设计程序中往往会考虑到透平的冷却，即在程序中加入一维透平的经验/半经验公式冷却模型。二维气动设计则是加入了径向方程，即考虑到了气动参数沿着径向的分布规律。三维设计则主要是叶片造型、强度核算等内容。

尽管涡轮部件的设计正朝着全三维的精细化设计不断的发展，CFD技术越来越成熟，甚至很多时候三维计算可以代替实验，但是基于经验关系的一维计算方法由于能快速确定基础气动参数，是涡轮部件设计体系中非常重要的一环，在该设计中由于考虑到真实气体效应等，需要大量的采用经验公式来预估攻角、落后角级损失模型等，美国在该方面进行了大量的基础实验，得到了大量基础理论，得出了一系列应用广泛的经验公式，我国在这方面基本上是“拿来主义”，也没有足够的时间和资金来支持基础实验和基础理论，所以在这方面是比较缺乏的。

聂老师讲解的压气机部分也使我们受益匪浅，其中聂老师在20190307的chapter4中的第二张PPT中讲到雷诺数一高，就意味流体的粘性在通道内发挥作用了。高雷诺数意味着流体的惯性力远大于粘性力，在扰流问题中，是否能忽略粘性力的影响，要是不考虑粘性会使得分析结果与实际情况远远不符，但是完全考虑粘性影响又会在求解方程上较为复杂，所以普朗特提出了边界层的概念。流动的非定常性是压气机功能实现的本质特征，离开了非定常性，就没有压气机的概念。（见文献关于压气机的非定常两代流型，因为周向平均略去了叶轮机固有的非定常流动最具有本质性的特征）

聂老师在课上讲解了吴仲华先生的提出的转焓定理也让我受益匪浅，该理论在国外被广泛认可。由于在静子中气流为等焓过程，在转子中对焓的概念进行拓展，得到相反对坐标系下转子的焓的计算公式。隆德大学的Falck编写的压气机一维气动设计程序中便采用了该理论，但是聂老师强调该理论的适用条件是无摩擦、定常、绝热。叶片对气流做的功不仅仅使得气流的以这个转速转动所需要的功，还克服了摩擦阻力做功，那么如果需要模拟考虑真实流动的压气机一维气动设计，则是需要考虑摩擦的，则纯粹采用该转焓定理就是不合理的，为了方便计算，就采用加入修正系数的办法来考虑摩擦。通过这次发现错误，并且改正错误，我深深感到上聂老师的课受益匪浅。

由于我做的课题有关于高负荷跨音级压气机的气动设计，需要建立高负荷先进压气机的激波损失的模型，由于之前没接触过叶片机原理以及气体动力学这块，在聂老师对正激波、斜激波、马赫锥等进行了非常深入浅出的讲解，几句话就说出了激波的本质，在超跨音叶栅中，激波即为减速增压，激波的位置决定了激波损失，而往往在压气机设计的初始阶段，还没有进行叶型设计，激波的位置要确定是一件比较困难的事情。一般均是采用经验公式来确定，其中，美国的Wennerstorm和英国的Howell作为压气机设计方面领军型的人物，采用低速反演高速试验台，主动放弃了马赫数的修正，给出了一系列的非常经典经验公式，直到现在还在广泛使用。