涡轮静叶栅二次流的数值模拟

采用CFD软件Fluent数值求解了大转折角涡轮静叶栅三维流动,分析了叶栅沿流向各截面二次流及叶栅的气动特性,并研究了叶高以及入口攻角变化对叶栅二次流的影响.计算发现,由叶栅压力面向吸力面运动的二次流强度沿流向逐渐增大,引起吸力面附近端壁附面层不断壮大且在后部卷起,并导致沿叶高总压损失系数和沿叶高出口气流角的剧烈变化.通过不同叶栅工况的比较,发现叶高的减小以及攻角的增大会极大提高叶栅的二次流损失,其本质原因都是叶栅通道内二次流所占区域的扩大所致.     

正倾斜叶片压气机叶栅二次流的数值研究

应用Beam-Warming近似隐式因子分解格式以及MML代数湍流模型,采用拟压缩性方法求解雷诺平均拟压缩N－S方程组,对正倾斜叶片压气机叶栅内三维粘性流场进行了数值研究,并与直叶栅进行了对照。结果发现,正倾斜叶栅中上、下通道涡的发生、发展过程与直叶栅存在明显的差异,这导致正倾斜侧二次流减弱,负倾斜侧二次流高损失区扩大,流动状况恶化,叶栅顶部区域的附面层分离发展成一个向叶栅中部扩展的更大的区域。计算与实验结果比较,两者吻合较好。     

汽轮机调节级动叶栅大负冲角工况下的三维分离流动研究

对大功率汽轮机组提出的承担调峰任务的要求使得调节级小展弦比动叶栅非设计工况下的二次流与分离流特性受到关注。采用经试验考核的计算方法对一展弦比为0．344的动叶栅在冲角条件下的三维分离流场进行数值模拟，得到了详细的叶栅二次流与分离流的流动图谱，并给出了气流的三维分离模式。计算结果表明：在大负冲角条件下，三维分离流动显著改变了叶栅二次流结构及出口气流参数沿叶高的分布规律。叶栅出口气流在下端壁附近发生明显的欠偏转现象，同时叶栅下部的损失急剧增加，流动的总损失比设计工况增大2倍，二次流损失增大4倍。图10参5     

燃气透平静叶栅的弯扭气动设计分析方法

给出了一个适用于弯扭燃气涡轮静叶栅的气动设计分析通流计算方法。采用Ｓ２流面流函数方程做为主控方程，而热力气动参数的计算采用变热比求解方法，损失模型以修正的安利－马歇森模型为基础，二次流损失的计算考虑了弯叶片的影响。用此方法对一小展弦比涡轮级静叶栅进行不同弯曲角的弯扭联合成型气动设计，合理地反映了叶栅内流场特性。     

用CFD研究涡轮静叶栅的二次流损失

利用CFD软件Fluent对大转折角涡轮叶栅三维流场进行了数值模拟。采用静叶栅前移动的圆柱列替代上游动叶,发现圆柱尾迹进入叶栅流道的位置不同,对叶栅总压损失有较大影响。同时,通道内逐渐增大的横向压力梯度对二次涡发展产生了显著的影响,引起沿流向叶栅总压损失的急剧增大,认为叶高的减小会极大提高叶栅的二次流损失。     

新型极小展弦比叶栅的叶型研究

以数值手段分析研究了具有不同极小展弦比的改型设计的后加载透平叶栅的内部定常三维粘性流动及损失，同时对该透平叶栅在不同出口马赫数和进气角下进行平面叶栅吹风实验。数值分析结果和实验结果表明，后加载叶栅在极小展弦比下能有效控制叶栅内二次流动的形成，具有低的三维叶栅损失。     

大转折角涡轮静叶栅二次流的数值模拟

对大转折角涡轮静叶栅三维流动进行了数值模拟,并详细分析了叶栅沿流向各截面二次流及叶栅的气动特性.结果表明:由压力面向吸力面运动的二次流强度沿流向逐渐增大,引起吸力面附近的端壁附面层不断壮大且在后部卷起,并导致沿叶高总压损失系数和沿叶高出口气流角的剧烈变化.通过对不同高度的叶栅进行比较发现,叶高的减小会扩大二次流所占叶高区域,从而导致叶栅的二次流损失急剧增加.     

后加载技术在极小展弦比叶栅中的应用

具有后部加载载荷分布的透平叶片能有效控制叶片通道内二次流的形成,降低二次流动损失,同时该类型叶栅具有良好的攻角适应性,因此可以显著提高叶栅通道内的流动效率。本文应用后加载技术设计了一种具有后部加载特性的极小展弦比静叶栅,其叶栅的数值分析结果和实验结果表明,叶栅有低的三维叶栅损失,叶栅性能随不同展弦比、不同攻角和不同出口马赫数的变化不大。     

不同翼刀高度控制涡轮静叶栅二次流的数值模拟

对端壁加装翼刀的涡轮静叶栅的三维流场进行了数值模拟,分析了翼刀对叶栅沿流向各截面二次流及叶栅气动特性的影响,并研究了翼刀改善二次流的机理.结果表明:与常规叶栅的二次流特性比较,翼刀的存在一方面降低了端壁附面层内横向压力梯度,减弱了低能流体向吸力面/壁角区的堆积;另一方面产生反向翼刀涡,限制了马蹄涡压力面分支的发展,从而达到减小通道涡尺寸和强度的目的.最后,还对几个不同高度的翼刀方案进行了比较,发现翼刀高度为2/3δ时,对二次流的控制最佳.     

汽轮机轴封漏汽对调节级静叶栅二次流及出口流场的影响

以一台３００ＭＷ汽轮机组的调节级静叶栅为研究对象,就轴封漏汽对叶栅二次流及出口流场的影响进行了数值模拟,计算结果表明,漏汽加快了叶栅出口区域二次流动的衰减,使出口气流角沿叶高方向的分布产生较大变化,对损失系数的分布影响较小。     

低速环形压气机静叶栅采用弯叶片壁面分离流结构的数值分析

使用拓扑结构分析方法对某型压气机静叶栅的直叶片与弯叶片数值计算，对壁面分离流结构进行了分析研究，发现弯叶片对壁面流线拓扑结构和分离流结构影响明显。给出了直叶栅吸力面，下端壁角区流场的拓扑结构，并证明数值计算结果的奇点总数满足环形叶栅壁面（包括叶片表面和上、下端壁表面）拓扑准则。图10参4     

用当量叶栅求解亚音速可压缩平面叶栅流场的边界元法

本文把物理平面内的亚音速可压缩流平面叶栅变换为计算平面内的不可压缩流当量叶栅,再用边界元法进行计算,得到了良好的结果。     

涡漩腔控制静叶栅二次流的数值研究

采用CFD软件Fluent数值求解了前缘开设涡漩腔的涡轮静叶栅的三维流动,分析了叶栅沿流向各截面二次流及叶栅的气动特性.研究发现在叶片前缘开设的涡漩腔构造可以明显地降低叶栅二次流损失.通过所开设的涡漩腔的深度和角度不同的三个方案的比较,发现深度和角度越大的涡漩腔方案控制二次流的效果越好.涡漩腔的减损效果可以解释为由于涡漩腔的吸取作用,使得边界层内湍流度增加以及边界层厚度减少.     

附面层抽吸对大折转角矩形叶栅流场结构的影响

本文采用数值方法研究了低速条件下附面层抽吸对大折转角矩形叶栅流场的影响.计算结果表明,通过选用合理的抽吸位置及抽吸方式的组合,附面层抽吸能较好地控制叶栅内的大尺度的叶片表面分离流动,但对二次流损失的改善效果并不明显.     

叶轮机械内具有复合型叶栅流场的计算研究

以吴仲华教授提出的两类相对流面理论为基础，在任意回转和流面上，用流函数有限差分松地求解复合叶栅的流场。所求了的轴流工叶栅流场叶型表面速度分布与文献中试验结果吻合的很好，通过对含有单个分流叶片的离心工压气机叶栅流场进行了计算，确定出最佳的分流叶片位置。还对串列叶栅的流场进行了计算，计算结果与文献中试验数据吻合较满意，通过计算得到的结果与理论分析和试验得到的结论是一致的。     

弯曲叶片涡轮叶栅二次流损失计算经验模型

根据倾斜、复合弯曲平面叶栅的实验数据的分析,提出了一个适用于弯扭气动成型设计的涡轮叶栅的二次流损失计算模型,此模型反映了叶片倾角、展弦比、叶栅稠度等诸因素对二次流损失大小以及分布规律的影响。用此模型预估了直、弯两种叶片形式下的一小展弦比燃气涡轮导向器的损失值,模型计算值同试验测试结果吻合得很好。     

透平机械叶栅流动的无粘－有粘迭代计算

介绍了透平机械叶栅流动的无粘－有粘迭代计算方法。主流区无粘流动采用了边界元法计算，粘性流动区采用附面层理论的积分关系式计算。这种新的耦合解法充分发挥了边界无法计算简便的优点，未知量只在边界上，不像其它区域性数值方法那样，需对整个求解域所有节点的未知量都进行计算，从而减少了计算工作量。计算结果与实验数据进行了比较，结果表明，该方法对于透平机械叶栅内粘性流动计算，是比较简便而有效的。图３参１１     

轴向掠对涡轮静叶栅气动性能的影响

选用涡轮静叶栅作为原型叶片,通过对原型叶栅改变轴向掠角和掠高,构造不同掠型的叶片,研究轴向掠对涡轮静叶栅气动性能的影响.改型计算的掠角包括前后掠10°和30°,掠高包括10%和30%叶片高度,用CFD数值仿真软件对轴向掠叶栅的气动性能进行模拟.结果表明;与原型叶片比较,静叶栅轴向前掠增大了低能流体在端壁角区的集聚,增加了端壁横向二次流,引起损失增大,而叶展中部的损失减小;静叶栅轴向后掠减小了低能流体在端壁的堆积,减小了端壁二次流,低能流体被卷入到主流区内,减小了端壁损失,而增大了主流区的损失.     

考虑变比热的冷却涡轮弯曲叶栅流场的数值模拟

对采用弯曲叶片的某型高压涡轮导向器有／无冷气喷射时的栅内流场进行了数值模拟。应用了以冷气源项反映冷气掺混影响的三维变比热计算方法。结果表明,弯曲叶栅内的冷气喷射导致了马赫数和温度的变化;叶片表面和端壁得到有效的低温保护;在相同冷气流量下,压力面附近温度降低较吸力面明显,冷却气膜的作用也更为有效;栅内二次流对冷气分布有影响。     

涡轮平面叶栅设计工况下旋涡结构分析

为了揭示涡轮流道内旋涡结构的空间演化规律,本文采用数值模拟方法对某型涡轮平面叶栅内部流场进行了详细的拓扑分析。首先,利用已有的平面叶栅吹风实验结果对数值模拟结果做了详细的校核,对比结果表明实验结果和数值模拟结果在叶栅气动性能的变化趋势上保持一致,因此用数值模拟结果来定性分析叶栅旋涡结构具有可行性。通过对叶栅流道内部和出口若干个截面上的二次流流线的分析,建立起该涡轮平面叶栅流道旋涡结构,结果表明该叶栅旋涡结构呈上下对称分布,共存在六个旋涡,即上、下马蹄涡、上、下通道涡、上、下集中脱落涡。最终,通过建立叶栅三维定常旋涡结构,明确了叶栅流场内旋涡演化规律。