基于耗散函数的叶顶泄漏流动非定常数值模拟

更进一步的改善间隙泄漏流动需要对其复杂的流动结构作深入的认识，若不能给出间隙泄漏流动影响更真实的表述将导致对其研究无法进行。为了更深入的认识涡轮叶栅流动粘性耗散的细节及分布，作者采用商用N-S求解器对具有动叶顶部间隙的涡轮级非定常流场进行了数值模拟和研究。本文引入耗散函数对间隙泄漏流动的粘性耗散进行评估，这种方法是对粘性影响带来的粘性耗散的最简单也是最直接模拟和计算方法。     

机匣喷气量对涡轮间隙流动控制的影响

采用数值模拟方法研究机匣喷气量大小对涡轮间隙流动控制的影响。结果显示,在10％轴向弦长位位置喷气时,增大喷气量,喷气在间隙内轴向上影响范围增大,对间隙流阻塞作用增加,间隙涡出现位置推迟。同时减小了间隙涡、上通道涡区熵增,尤其是上通道涡区损失大幅减小,并减弱机匣喷气引起的气流偏转不足／过偏现象。叶顶压力面附近由间隙流动引起的低压区减小,并向叶片尾缘移动。但由于喷气量增大使得动叶输出功率下降,使得涡轮效率降低。     

带小翼肋条的涡轮叶尖泄漏流场的数值模拟

对叶尖吸力面带小翼肋条的某一轴流转子叶尖间隙泄漏流场进行了数值研究,分析了在不同肋条宽度下泄漏流场细节,并对涡轮效率进行了计算.结果表明:涡轮叶尖单吸力边小翼肋条总体上减小叶尖表面压差,使得吸力面后半部分泄漏流速度减小,从而减小泄漏流动损失,但会增大通道内流动损失,使涡轮转子效率下降;小翼肋条宽度有一个最佳值,小间隙下增大肋条宽度使得涡轮转子效率降低,大间隙下增大肋条宽度却使得涡轮转子效率提高;吸力边小翼肋条改变了叶尖吸力边附近的流场,对压力边附近泄漏流动结构影响不大.     

机匣切向喷气角对涡轮动叶间隙流动的影响

机匣喷气已被证明是改善动叶流道内二次流分布,提高涡轮效率的有效措施之一。本研究采用数值模拟方法研究机匣切向喷气角度对间隙流动控制的影响。结果显示,当增大机匣切向喷气角时,由于喷气速度在切向上的分量减小,使得喷气孔流体在间隙内轴向上影响范围减小,最大降幅可达50%,导致机匣喷气对间隙流动的阻拦作用降低。同时由于切向角度增大使得上通道涡尺寸增加,涡核强度增大约11%,使得动叶出口截面上流动损失增大。考虑到喷气对动叶输出功的负作用,应当选择适当的切向喷气角度,以达到提高涡轮效率的目的。     

有间隙涡炉叶栅涡系结构的数值模拟

对具有3.6%相对叶顶间隙的锅轮叶栅三维空间流动进行了数值模拟,分析了大间隙涡轮叶栅流场的涡系结构。结果表明在叶顶间隙内部和上半翼展现出了复杂的分离流动,同时由于叶顶间隙的存在,上、下端壁尾缘附近的流动明显不同。     

枞树型叶根间隙流量试验与数值研究

为了研究气流在涡轮枞树型叶根间隙内的流动特性,以及校核与优化现有叶根间隙流量计算关联式。以某型地面燃气轮机涡轮一级转子枞树型叶根间隙为对象,对其进行了流量试验与三维数值模拟研究。测量了进出口压比范围为1～2工况下通过叶根间隙的流量值,该流量值对应的流动雷诺数范围为1 700～16 500。并在ANSYS/CFX中对相同模型及进出口边界条件下叶根间隙内的流动进行数值模拟,获得叶根间隙截面流动结构,同时计算了长径比39～118范围内,不同压比工况下通过叶根间隙的流量。研究表明：随着压比增大,流过叶根间隙的流量增大趋势逐渐减小;随着长径比增大,流过叶根间隙流量逐渐减小;文献[10-11]提供的叶根间隙流量计算关联式的计算结果与试验测量值平均误差16.3%;与关联式流量计算值随压比变化趋势不同,试验测量值分布曲线随压比增大无明显转折;两端宽、中间窄的叶根间隙通道结构使得流道内层流与湍流共存,从而造成了上述偏差;针对上述偏差,根据试验与三维数值模拟结果拟合了新的叶根间隙流量计算关联式。     

动力涡轮有冠及无冠动叶栅顶部二次流的数值分析

建立某动力涡轮的流体分析模型,采用三维定常N-S(Navier-Stokes)方程和带转捩的SST(Shear stress transport)湍流模型,对该动力涡轮典型工况下的燃气流动状况进行了数值模拟.针对叶道内的二次流旋涡结构,分别对无冠动叶栅和有冠动叶栅顶部的间隙流、通道涡进行了分析,展示了大展弦比非气冷动叶...     

考虑叶片顶部间隙影响时的增压锅炉燃气轮机多叶栅CFD分析

以标准κ-ε双方程湍流模型和耦合显式求解器为基础,结合壁面函数法并应用"混合平面模型"传递级间参数,在考虑动叶顶部间隙情况下,对三维雷诺平均守恒Navier-Stokes方程进行求解,计算得到了某船用增压锅炉涡轮增压机组燃气轮机级叶栅内部三维湍流流动模拟结果,分析了动叶顶部间隙流动的表现形式,从气流角、压力、温度和马赫数的变化规律,得到顶部间隙的泄漏流动对动叶顶部流场影响较大的结论,其结果对于燃气轮机叶栅气动特性优化设计和该装备科学管理具有一定的参考价值。     

向心涡轮可调导叶间隙流动的数值研究

应用数值方法对某型向心涡轮的可调导叶间隙流动结构及其涡轮性能的影响作了分析,间隙尺寸分别为1%、2%、4%叶高.计算结果表明:间隙加大,涡轮效率下降,流量增加,间隙流动所造成的流动损失是结构阻力型的.间隙对涡轮性能的影响主要来自于叶轮进口气流冲角的增加与叶轮反动度的提高.简单地修正导向叶栅的流动效率,不能反映间隙对涡轮整体性能的影响.     

带有自发射流的涡轮叶顶间隙流场PIV测量

为了探究叶尖射流对涡轮叶栅流场特性的影响,搭建了一个小尺度低速叶栅风洞实验台,利用粒子成像测速(PIV)技术对带有自发射流的涡轮叶顶间隙流场进行了直接测量,获得了低雷诺数(Re=6.46×103~3.23×104)下射流孔附近的流动图像及速度测量结果,展示了叶顶间隙内层流和紊流2种流态下自发射流与泄漏流的相互作用过程,揭示了低雷诺数工况下(涵盖层流到紊流的转捩)叶尖射流抑制泄漏流的作用机理及影响因素,并对叶尖射流尾迹中出现的类卡门涡街的涡分布现象进行了探讨.结果表明:叶尖射流的引入在泄漏流抑制方面取得一定收益,但同时也进一步加剧了叶顶间隙流动的复杂性.     

Experimental Investigations of the Three—Dimensional Flow in a Large Deflection Turbine Cascade with Tip Clearance

INTRoDUCTI0NThetipleakaeflowisnowrecognizedasanimpor-tantsourceoflossesinbothcompressorsandturbines,asasourceofcoolingprobleminturbinesandasourceofinstabilityincomPressorsandfans.Manyturbo-maChinimPellersarenotshroudedandtheleakaeflowthroughthetipgaPofthebladeisanunavoidablefaCtorwhichdeterioratestheperformance.Den-tonandCumpsty[1]melltionedabouttwodistinctandequallyimportantaspects.tothetipclearanceflows.First,thereisareducti0ninthebladeforce,there-fore,theworkdone.Thisoccursbecausethe…     

超微涡轮动叶栅叶顶间隙对流场影响的数值模拟

通过数值求解基于雷诺时均的三维定常粘性N-S方程,结合RNGk-ε湍流模型和非平衡壁面函数,对一种超微型向心涡轮动叶栅内的流动情况进行了数值模拟。揭示了具有极低展弦比动叶栅叶顶间隙对流场参数分布和气动损失的影响,为超微涡轮的设计和改进提供了理论依据。模拟结果表明,叶顶间隙的大小对通道内马赫数分布有重要影响,其中顶部间隙射流所引发的泄漏涡与主流的掺混是主流马赫数降低的重要原因;叶顶间隙的存在使得总压损失系数均匀化,即近壁区和主流区的总压损失都较高;动叶栅在叶展方向上的载荷分布均匀,弦向载荷主要由接近尾缘的弧段承担;模拟中还解析出三维的尾迹涡,这主要是动叶栅尾缘过厚所导致,应进行叶型改进。     

四级轴流涡轮变工况数值分析

采用FINE／Turbo软件包,对一个四级轴流空气涡轮两种转速下的不同流量工况进行了全三维数值模拟,与实验数据进行了涡轮效率、压比以及级间参数分布的比较。结果表明,计算与实验结果在各种工况下的性能符合良好。本文还对设计流量及小流量工况下透平内的流动情况进行分析和比较,研究这两种典型工况下叶片表面极限流线图谱、间隙流动特征等的差异。分析表明,在小流量工况下,与通道涡对应的分离线住置和展向尺度都与设计工况存在显著差别,动叶顶部间隙涡的再附形式以及叶片压力面极限流线图谱也发生了较大变化。     

向心透平内部流动的研究

对向心透平内部的流动进行了实验与数值的研究。蜗壳内采用单斜丝热线在同一位置旋转．在三个不同的方位测量后拟合计算得到气流的三维速度。在某些特征位置与数值结果的对比，说明了数值结果的可靠性与局限性。对导叶内的流动模拟，确定了入口角度对导叶内二次流动的影响。对叶轮内流动模拟，说明了叶顶泄漏流对主流的作用，以及叶轮内部壁角涡的形成与发展。这些工作对向心透平内部流动的认识提供了参考。     

Relationship between the flow blockage of tip leakage vortex and its evolutionary procedures inside the rotor passage of a subsonic axial compressor

The near casing flow fields inside the rotor passage of a 1.5 stage axial compressor with different blade-loading levels and tip gap sizes were measured by using stereoscopic particle image velocimetry （SPIV）. Based on a carefully defined blockage extracting method, the variations of blockage parameter inside the blade passage were analyzed. It was found that the variation of blockage parameter appeared as a non-monotonic behavior inside the blade passage in most cases. This non-monotonic behavior became much more remarkable as the blade loading increases or mass flow rate decreases.The variations of the blockage parameter inside the blade passage had close relation to the evolutionary procedures of the tip leakage vortex （TLV）. The destabilization of the TLV caused a rapid increasing of the blockage parameter. After the TLV lost the features of a concentrated streamwise vortex, the blockage parameter usually got a peak value. And then, because of the intense turbulent mixing between the TLV low momentum flow and its surrounding flows, the flow deficit inside the TLV recovered.