一种压气机叶型气动性能的数值和试验研究

压气机跨音叶型设计中大量应用了定制叶型设计技术,目前这种设计方法在亚音叶型设计中也逐渐获得了应用。在设计过程中评估压气机叶型气动性能是其中重要的一环,数值模拟和试验研究是常用的手段,研究过程中还可以使用试验结果修正数值模拟方法。通过数值模拟手段研究了不同来流马赫数条件下的叶型冲角特性、叶型表面等熵马赫数分布和冲角对气流转捩位置影响等内容,研究表明叶栅具有良好的气动性能和较宽的工作范围;开展了叶栅试验研究,校验了数值计算方法分析结果的准确性,表明在设计状态下叶栅特性吻合良好,误差很小,在偏离设计状态下,误差较大。最后,根据数值模拟和试验结果拟合并验证了该叶型的冲角-总压损失、冲角-落后角经验公式,可以在后续程序中使用该结果。     

攻角和端壁滑移对凹槽叶顶间隙流动传热的影响

以某燃气轮机高压涡轮动叶为研究对象,在主流雷诺数为9×104条件下,对进气攻角分别为-5°,0°,5°以及端壁有、无滑移时的凹槽叶顶旋涡结构和换热系数进行了数值模拟及实验验证。结果表明:压力系数模拟计算结果与实验数据吻合较好,说明本文数值模拟结果有效;无端壁滑移时,叶顶靠近压力面侧前缘产生的泄漏涡向吸力面和尾缘同时发展,叶顶换热系数沿叶型中弧线方向减小;端壁滑移缩小了泄漏涡尺度,泄漏流均匀地从压力面流向吸力面;叶顶换热系数沿垂直于弦长方向减小;端壁滑移虽然降低了间隙内泄漏流速度,但却使叶顶平均换热系数略有增大;端壁滑移使3种攻角的叶顶最高换热系数分别降低了7.5%,8.1%和19.2%;攻角从-5°变化到5°,端壁滑移和无滑移时的最高换热系数分别降低了14.9%和22.4%,无论端壁有无滑移,叶顶平均换热系数均降低了约11.8%。     

不同攻角下透平叶栅气动性能和优化设计研究

采用数值求解三维Reynolds—AveragedNavier．Stokes（RANS）方程技术对实验测量的透平叶片进行了不同攻角下的气动性能研究。数值模拟得到实验叶片的中叶展处静压分布与实验数据吻合良好,验证了数值方法的可靠性。研究结果表明实验叶片具有良好的攻角适应性,只有在大负攻角时才会发生流动分离而导致气动性能下降。为了进一步提高实验叶片的气动性能,采用结合叶型参数化造型、气动性能分析和全局优化算法,对不同攻角下的叶片气动性能进行了优化设计。优化设计结果表明,所得到的优化叶型具有优良的气动性能和攻角适应性。     

基于人工神经网络和遗传算法的动叶可调轴流风机后导叶数值优化

以自主设计的单级动叶可调轴流风机模型为研究对象,建立了基于人工神经网络和遗传算法的三维气动优化设计模型,在设计点对后导叶进行三维气动优化生成优化叶型,并运用全通道三维数值计算方法对后导叶优化前后的风机整体性能进行数值模拟。模拟结果表明:与原始叶型相比,设计点优化叶型风机效率提高了1.1%,风机全压提高了2.1%;非设计点风机效率提高了8.6%,风机全压提高了20.3%。通过进一步对叶轮级内部流场分析可知,无论是在设计点还是在非设计点,优化叶型较原始叶型不仅表现了更强的抗气流分离能力,而且能够有效抑制叶栅通道内低能流体团的径向迁移,因而优化叶型显著减少了叶栅通道内部的流动损失。     

TJZ-1静叶叶型优化设计及试验研究

原TJZ-1叶型在吸力面的局部区域存在压力突跳,通过CFD计算优化,使TJZ-1优化叶型在对应的叶型修型区中的压力波动比原始叶型减弱许多,并经平面叶栅和环形叶栅试验表明,优化后的TJZ-1叶栅气动性能良好,同引进叶栅的气动性能处于同一水平.图12表1     

动叶可调轴流风机叶片切割前后的性能研究

以OB-84型动叶可调式轴流风机为对象,采用Fluent软件对叶片安装角为29°、32°和35°在5%、10%和15%切割量时的风机进行了三维数值模拟,得到了不同情形下的风机性能曲线,分析了安装角和切割量对风机性能和内流特性的影响。结果表明:在同一安装角下,风机全压和效率随切割量增大而减小、且叶顶流动损失变大,整机熵产增加;在同一切割量下,全压随安装角增加而提高,效率最高值向大流量侧移动;所得叶片切割前后运行工况点的关系式可为叶片实际切割提供理论依据。     

汽轮机低压缸零出力流动与温升特性数值研究

小流量下汽轮机低压缸末级内部流动与温升现象十分复杂,为火电调峰与低压缸零出力改造带来挑战。为此,以某电厂汽轮机低压缸为研究对象,建立了低压缸五级叶栅单通道流场计算模型,数值研究了不同工况下低压缸工作性能、流动结构与温升特性。结果表明：当低压缸通流流量降低至设计工况的3.84%时,低压缸无法输出功率;流量很小时,低压缸进入鼓风状态,末级叶栅出现下端壁分离区、静叶分离区、机匣环面涡、末级动叶涡等流动结构,且在末级叶栅转-静间隙叶顶位置出现显著鼓风加热现象;流量降低至设计工况的2.23%时,末级静叶、动叶表面平均温度分别升高219.6 K与243.7 K。鼓风状态下,低压缸工作性能、内流结构均会发生显著变化,末级叶栅内温度升高使叶片工作环境恶化,机组小流量运行需对其加以考虑。     

直接空冷凝汽器加装消旋导叶栅的性能及优化

消除轴流风机进风口处的漩涡可以显著提高风机出力,增加冷却空气流量,有效提升空冷凝汽器的换热性能。以某600MW机组单列空冷单元为例,数值模拟了加装消旋导叶栅对空冷单元流场的影响,计算了空冷单元的换热性能,并对消旋导叶栅的结构参数进行了优化。结果表明,加装消旋导叶栅能明显减弱风机入口处和空冷岛内部的涡旋,缩小风机入口处负压区范围,有效提高了风机出力,并降低了各空冷单元风机入口平均温度,大大提高了空冷机组换热能力。在6m/s工况下,风机容积效率提高了5.4%,换热效率提高了5.2%。当消旋导叶栅叶型结构为NACA6412叶型时,空冷凝汽器的换热性能最佳;消旋导叶栅的最佳导流角度为45°,最佳叶片数量为30,加装多列导叶栅的效果好于单列。所得结论为改善直接空冷凝汽器在环境风工况下的换热性能提供了参考。     

大功率汽轮机末级动叶顶圆截面特性的选择

<正>在研制大功率汽轮机末级时,叶轮轮周区的动叶栅相对栅距的选择极其重要。这种级的动叶尺寸通常是受断裂应力限制的。设计人员为减小该区域内的叶栅截面作过较大努力。在叶型和进出汽边的厚度受规定的限制下,只有用减小叶型弦长b来保证(图1)。     

活动导叶开度对水泵水轮机泵工况的影响研究

为了解水泵水轮机泵工况活动导叶启闭过程中的性能,参考某抽蓄电站的水泵水轮机建立数值计算模型,对导叶不同开度时的流动特征进行分析。采用SIMPLEC算法和SST k-ω模型详细分析了泵工况不同导叶开启角度下转轮、导叶附近的流场,结合实验数据对各操作工况下的性能进行分析。结果表明,当活动导叶开启角度γ小于18°时,涡的强度大能量损失多,并且出现平面射流,扬程随着γ减小而迅速降低;当γ大于21°时,涡量分布均匀,涡结构产生的能量损失小,同一流量下不同γ的扬程和效率基本保持不变;操作工况下不同γ的扬程均与流量呈线性关系。结论为水泵水轮机的操作工况选择提供依据,也可以指导水泵水轮机的优化设计。     

超临界二氧化碳离心叶轮耦合优化设计

自循环机匣处理能够显著提升超临界二氧化碳离心叶轮小流量区域的气动性能,但对大流量工况附近的性能提升不明显。为此,考虑自循环机匣与叶轮关键参数的耦合效应,对机匣几何和叶轮叶片掠角实施耦合优化,实现了叶轮性能的全面提升。耦合优化后叶轮在大流量工况、设计工况及小流量工况下的效率分别提升了3.51%、2.60%、4.43%。耦合优化的扩稳增效机理为：在大流量工况下改善了叶片前缘进口攻角,减小了叶轮内部亚临界区,抑制了冷凝的同时改善了叶轮内部流通能力;设计工况下机匣的抽吸量增大,叶顶附近更多低能流体被移除,改善了叶轮下游流场结构;小流量工况下显著减小了叶轮内部堵塞面积,叶轮流动稳定性增强,同时改善了机匣回流造成的掺混损失,叶轮效率提升。     

燃尽风竖直摆角对四角切圆锅炉燃烧及排放特性的影响

对某300 MW电厂四角切圆锅炉在不同竖直摆角(0°、-5°、-10°)下炉内流动、燃烧及排放特性展开了数值模拟研究。数值模拟的结果与现场试验吻合比较好。实验结果表明:增加燃尽风下摆角度,可以在一定程度上使下炉膛产生的CO和未燃尽煤粉颗粒提前与燃尽风接触并混合,延长了其反应时间,这使得CO浓度、飞灰含碳量有所下降;但同时燃尽风下倾也减小了还原性气氛区域,不利于NO_x减排,导致NO_x有所增加。综合考虑燃烧经济性和脱硝成本,建议将燃尽风竖直摆角设置为-5°能达到高效低NO_x目的。     

空调器室外机轴流风机内部流场特性研究

空调器室外机轴流风机系统广泛使用轴流风叶。轴流风机系统对空调器室外机换热能力起着决定性作用,轴流风叶对轴流风机的内部流场分布有着重要影响。本文通过对轴流风叶结构进行优化,主要研究前倾角的不同对轴流风机内部流场特性的影响。基于数值模拟技术,本文采用SST k-ω湍流模型探究内部流动特性。研究结果表明：叶片前倾角对轴流风机性能影响较大,尤其是在大风量工况下,减小前倾角会导致风机性能下降太大,小前倾角在设计工况点静压效率较低,叶片前倾角的变化直接影响轴流风叶流道内气流的流动,对叶根区域和叶顶区域的流动稳定性产生影响。     

前后加载叶型的试验研究

后加载层流叶型弯曲成型已在东方汽轮机厂的机组上广泛采用,东方汽轮机厂又新引进了高负荷前加载叶型.本文介绍了2种叶型的平面叶栅和环形叶栅试验结果,对比了2种叶型的二维绕流特性和三维成型后的气动特性,分析了它们的适用条件和特点,对2种叶型今后的应用提供了试验依据和作者自己的观点.图12表1参11     

不同初凝角下D形覆冰分裂导线气动力特性

通过刚性节段模型高频测力天平测力风洞试验,对D形覆冰二分裂和六分裂导线模型进行了13组不同工况的试验,测得了在不同初凝角下分裂导线整体和60°初凝角下各子导线的气动力系数,攻角范围为0°~360°,并以5°为各攻角间隔,基于邓哈托准则,对D形覆冰分裂导线的驰振稳定性进行分析。试验结果表明：初凝角对覆冰分裂导线气动力特性及驰振稳定性存在影响;在一定风攻角下,子导线尾流干扰对气动力特性影响显著,增大了导线的驰振不稳定性。所得试验结果为D形覆冰二分裂和六分裂导线的舞动分析及其防治技术提供了必要的气动力数据。     

用于汽轮机现代化改造叶片设计的试验研究

采用试验方法对汽轮机静叶片的叶型优化和径向积叠规律进行研究。通过对比分析发现，不同型线及叶片造型对汽轮机的性能将会产生不同影响，采用优化设计叶型的复合弯扭叶片可在叶片端区形成抑制二次流发展的径向压力梯度，控制端部低能流体的形成及通道喉部位置吸力面角区的流动分离，提高叶栅流动效率。     

粒径对旋叶分离器结构敏感性的影响

在不同液滴粒径工况下,对等比例旋叶分离器的旋叶倾角和上升通道高度进行结构敏感性分析。建立基于欧拉法和Realizable K-Epsilon湍流模型的空气-液滴两相流动的数学模型,通过计算流体力学软件对冷态工况下5种不同结构的旋叶分离器流场进行数值模拟,得到了不同液滴粒径下的分离效率变化曲线和液滴质量流量径向分布曲线,同时还通过冷态试验验证数值计算模型。结果表明:当液滴粒径等于5μm或大于100μm时,旋叶分离器效率对旋叶倾角和上升通道高度结构不敏感;当液滴粒径在5～100μm时,18°旋叶的旋叶分离器分离效率大于30°旋叶,上升通道高度等于其一倍直径时旋叶分离器分离效率最优;其中当液滴粒径等于30μm时,旋叶分离器分离效率差值最大,结构敏感性最为显著。     

介质阻挡放电等离子体抑制翼型流动分离的实验研究

为了进一步提高等离子体流动控制的作用能力,采用α-Al2O3为电介质材料的介质阻挡放电等离子体激励器,进行了在不同来流风速、不同攻角下等离子体抑制NACA0015翼型边界层流动分离的烟线流显示实验。实验结果表明:等离子体激励可以有效抑制低流速、大攻角下的流动分离;在来流风速为35 m/s时,等离子体作用后翼型的失速攻角提高1.5°,等离子体抑制流动分离的效果随着攻角的增加变弱;在攻角为20.5°、来流风速30～44m/s时,等离子体对流动的控制随着来流风速呈现"变弱—增强—变弱"的趋势,等离子体激励器在翼型上的位置非常重要,越接近分离点作用效果最好;来流风速60 m/s时,等离子体仍能有效抑制翼型的失速分离,升力增加31.1%,阻力减少27.8%。     

基于两种湍流模型的某风机专用翼型数值研究

针对风力机专用S832翼型绕流流动建立了二维不可压缩湍流模型,利用计算流体力学软件Fluent,分别选用S-A、RNGk-ε 两种湍流模型对S832进行数值模拟,对比了两种湍流模型对气动模拟精度的影响,得出了雷诺数为3×106时,该翼型在-16°~30°攻角下的升力系数和阻力系数随来流攻角的变化关系及压力分布图,分析了不同攻角下翼型表面压力分布特性并进一步预测了大攻角（达30°）下翼型分离流动特性,并与NREL的试验数据进行比较,研究结果表明： RNGk-ε在预测该翼型小攻角范围气动性方面更加有效     

翼型NACA4415的风力机气动特性数值模拟研究

风能利用的主要方式是风力发电,风力机桨叶翼型的气动特性直接影响风力发电的效率.利用CFD(Computational Fluid Dynamics)软件对风力机常用的翼型NACA4415进行了数值模拟仿真研究,探讨了风力机叶桨翼型NACA4415的空气动力特性,得出了在不同攻角下的升阻力随攻角变化的特性曲线并进行了分析,研究了大攻角28°时扰流翼型的流场,分析了大攻角失速时的流场分布.