燃氣輪機導論課程心得體會

爲期16個周的課程讓我不僅學到了關於透平冷卻、透平氣動設計和壓氣機氣動設計、內部流動、氣動熱力學等很多方面的知識，開拓了思路，非常感謝付老師耐心解答我的問題，課上與老師的交流使我獲益良多。聶老師分享的很多人生感悟以及聶老師對於學術孜孜不倦的精神。感謝聶老師在百忙之中還耐心的解答我提出的問題，其中有一個關於級與級組的臨界壓力的問題，需要推導公式，爲了便於我的理解，聶老師還專門做了PPT讓同學給我。我深深的感受到聶老師樂於與學生分享知識，平易近人的這種人格魅力，給我們大家樹立了優秀的榜樣。

付老師所講解的透平氣動設計部分詳細地闡述了從一維初步氣動設計到三維的詳細氣動設計。一維氣動設計方面，三個主要的平均半徑上的氣動無量綱係數之間的關係，即載荷係數、速度係數、反力度，低的載荷係數和低的流量係數意味着葉片通道內部的流動阻力降低，則級效率會高；而級的載荷係數較低，那麼意味着級數必須增加；流量係數低，則意味着渦輪的環形面積必須增加；現代發動機在追求高推重比和低耗油率，這就意味着必須有大的在載荷係數和流量係數；也給出了隨着透平反動度的變化，級速度三角形的變化的規律。同時也認識到採用無量綱係數的意義，即便於數學處理，通過無量綱化把物理量轉化爲數值上的關係，處理起來的效率比有量綱的公式便會高得多。同時老師講解的透平設計點工況設計流程使得我對三個無量綱係數之間的關係的認識更加深刻，也有助於我課題中關於透平一維氣動設計方面有較大的幫助。由於現代先進燃機的透平中的進氣溫度可以達到1600K，透平初溫的進一步提高也有賴於先進的透平冷卻技術。故成熟的透平的一維氣動設計程序中往往會考慮到透平的冷卻，即在程序中加入一維透平的經驗/半經驗公式冷卻模型。二維氣動設計則是加入了徑向方程，即考慮到了氣動參數沿着徑向的分佈規律。三維設計則主要是葉片造型、強度覈算等內容。

儘管渦輪部件的設計正朝着全三維的精細化設計不斷的發展，CFD技術越來越成熟，甚至很多時候三維計算可以代替實驗，但是基於經驗關係的一維計算方法由於能快速確定基礎氣動參數，是渦輪部件設計體系中非常重要的一環，在該設計中由於考慮到真實氣體效應等，需要大量的採用經驗公式來預估攻角、落後角級損失模型等，美國在該方面進行了大量的基礎實驗，得到了大量基礎理論，得出了一系列應用廣泛的經驗公式，我國在這方面基本上是“拿來主義”，也沒有足夠的時間和資金來支持基礎實驗和基礎理論，所以在這方面是比較缺乏的。

聶老師講解的壓氣機部分也使我們受益匪淺，其中聶老師在20190307的chapter4中的第二張PPT中講到雷諾數一高，就意味流體的粘性在通道內發揮作用了。高雷諾數意味着流體的慣性力遠大於粘性力，在擾流問題中，是否能忽略粘性力的影響，要是不考慮粘性會使得分析結果與實際情況遠遠不符，但是完全考慮粘性影響又會在求解方程上較爲複雜，所以普朗特提出了邊界層的概念。流動的非定常性是壓氣機功能實現的本質特徵，離開了非定常性，就沒有壓氣機的概念。（見文獻關於壓氣機的非定常兩代流型，因爲周向平均略去了葉輪機固有的非定常流動最具有本質性的特徵）

聶老師在課上講解了吳仲華先生的提出的轉焓定理也讓我受益匪淺，該理論在國外被廣泛認可。由於在靜子中氣流爲等焓過程，在轉子中對焓的概念進行拓展，得到相反對座標系下轉子的焓的計算公式。隆德大學的Falck編寫的壓氣機一維氣動設計程序中便採用了該理論，但是聶老師強調該理論的適用條件是無摩擦、定常、絕熱。葉片對氣流做的功不僅僅使得氣流的以這個轉速轉動所需要的功，還克服了摩擦阻力做功，那麼如果需要模擬考慮真實流動的壓氣機一維氣動設計，則是需要考慮摩擦的，則純粹採用該轉焓定理就是不合理的，爲了方便計算，就採用加入修正係數的辦法來考慮摩擦。通過這次發現錯誤，並且改正錯誤，我深深感到上聶老師的課受益匪淺。

由於我做的課題有關於高負荷跨音級壓氣機的氣動設計，需要建立高負荷先進壓氣機的激波損失的模型，由於之前沒接觸過葉片機原理以及氣體動力學這塊，在聶老師對正激波、斜激波、馬赫錐等進行了非常深入淺出的講解，幾句話就說出了激波的本質，在超跨音葉柵中，激波即爲減速增壓，激波的位置決定了激波損失，而往往在壓氣機設計的初始階段，還沒有進行葉型設計，激波的位置要確定是一件比較困難的事情。一般均是採用經驗公式來確定，其中，美國的Wennerstorm和英國的Howell作爲壓氣機設計方面領軍型的人物，採用低速反演高速試驗檯，主動放棄了馬赫數的修正，給出了一系列的非常經典經驗公式，直到現在還在廣泛使用。