周向弯曲方向对弯掠叶片小流量工况下气动-声学性能的影响

对周向弯曲低压轴流风扇的气动-声学性能进行了数值模拟和试验验证,讨论了不同流量和不同周向弯曲方向对叶栅做功能力、稳定工作范围和叶顶泄漏声源特性的影响规律.结果表明:随着流量减小,周向弯曲使叶栅叶顶区域栅的气流轴向做功能力增强,周向做功能力减弱,叶片负荷减小,周向后弯的效果最明显;周向前弯曲改善了端壁附近的流动状况,是拓宽叶轮的稳定工作范围的重要因素;周向弯曲可增加叶顶泄漏涡的稳定性,减弱叶顶泄漏涡区的Powell声源强度,周向前弯效果最好.叶顶泄漏声源特性随流量变化的规律与宏观声学表现一致.     

具有静止顶部间隙透平叶栅气动特性的实验研究

对具有静止顶部间隙的常规透平直叶栅和透平正弯叶栅的流道和间隙进行了测量，得到流道及间隙内的详细参数。结果表明：顶部间隙的存在对叶栅的气动性能有较大影响，使叶栅上半翼损失明显增高，叶片正弯曲减小了叶顶后的横向压力梯度，削弱了泄漏流与端壁横流及二者的相互作用，降低了叶栅的流动损失，明显改善了叶栅的出口流场。     

海豚型叶片对动叶栅流场的影响

采用遗传算法及人工神经网络的优化算法,把某汽轮机末级常规静叶片改型设计成海豚仿生型叶片。利用两相均质数值方法和湿蒸汽平衡相变模型,以商用软件CFX为计算平台,模拟了常规原型与新设计的海豚型叶栅流场。通过对计算结果进行比较,分析该海豚型叶片与常规叶片在气动性能上的异同,探索海豚型叶片是如何通过改变叶栅流道内蒸汽湿度的分布状况来更好地适应叶栅内湿蒸汽跨音速流动。     

涡轮导向叶栅内流场结构的数值研究

为了详细研究涡轮叶栅的气动特性，深入了解涡轮叶栅流道内的气体流动，对某型涡轮导向叶栅内的流场结构进行了数值模拟。结果表明，对本文研究的叶片弯曲方式，叶片的弯曲能够影响通道涡的位置，但采用弯叶片提高叶栅效率主要是通过降低壁角涡的损失。     

涡轮末级导叶顶部弯曲对气动影响的研究

为了解决1 600℃J级重燃涡轮设计中末级面临的较为严重的气动问题,结合叶片的三维造型技术,通过改变末级导叶径向积叠方式,来改变末级反动度分布,分析叶顶弯曲对叶栅气动性能的影响。研究结果表明,叶片弯曲会改变导叶的出口气流角,从而影响动叶攻角匹配;叶片弯角也会对涡轮级的反动度、马赫数等气动参数产生较大的影响;叶顶正弯30°时,导叶损失最小,与原始设计方案相比能量损失降低17.49%;叶顶正弯20°时,动叶损失最小,相比于原始方案能量损失系数下降2.78%。     

周向弯叶片对动叶可调轴流风机气动性能影响的数值模拟

为了有效改善轴流风机气动和声学性能,以带后置导叶的OB-84型单级动叶可调轴流风机为对象,利用Fluent软件和Ansys有限元分析模块,对比叶片弯曲前后风机的气动性能和内流特征,分析其静力结构特性并进行了噪声预估。结果表明:叶片弯曲后风机全压提高,大体积流量侧气动性能改善效果明显,设计工况点前弯3.0°性能提升最佳,全压和效率分别提升了3%和0.16%;前弯叶片增大了叶根区轴向速度,延缓了叶根区分离流动的出现,提升了叶片中下部做功能力,减小了叶顶区吸力面与压力面间的压差,有效抑制了叶顶泄漏流的产生;弯曲叶片对降低声功率级影响较小,但可缩小高噪声区分布,从而降低风机噪声。     

叶型变化对叶片表面压力场的影响

使用NUMECA软件的FINE／Design3D模块对某型跨音速涡轮叶栅改型前后的导叶进行了单列三维流场计算，并分析了原型与改型叶栅沿叶片型面压力的分布以及叶片吸力面上的静压等值线分布。结果表明，叶片的改型改变了叶片表面的压力场，改善了叶栅内气体的流动。     

近零冲角下环型压气机叶栅的弯曲叶片表面静压的研究

在环型扩压叶栅实验风洞上对近零冲角进口流场畸变下的常规直叶栅、正倾斜叶栅、正弯曲叶栅、S型叶栅进行了叶片表面静压测量，分析了不同的弯曲叶片对表面静压分布的影响。结果表明正弯曲叶片、正倾斜叶片和S型叶片可以提高根部静压．减小了低能流体在轮毂区的堆积，流场结构大为改善，轮毂区的气流分离和堵塞减轻，提高了扩压能力，降低轮毂区的端壁损失。     

端壁相对运动对压气机叶栅间隙流场影响的数值模拟

压气机端壁与叶片间的相对运动是影响叶顶间隙气流流动的重要因素.采用数值模拟的方法考察了端壁运动对不同叶顶间隙压气机叶栅内三维流场的影响.结果表明:端壁相对运动改变了叶栅间隙流场结构,叶栅通道内出现向相邻叶片压力面运动的刮削泄漏涡,上通道涡及叶顶分离涡受到抑制,叶尖负荷增大,间隙泄漏流量增加,叶栅总损失由于叶顶区掺混损失减少而减少.     

不同积迭型线对压气机叶栅气动性能影响研究

数值研究了积迭型线构造型式对正弯曲扩压叶栅气动性能的影响。结果表明，弯曲叶片显著减弱叶栅端区的低能流体聚集，叶栅总性能的改善取决于弯曲角度及积迭线型式的优化选择；小弯角、三段直线加曲线过渡的积迭线型式降低叶栅总压损失达20％以上，是一种较为理想的设计方案。     

船用燃气轮机变几何动力涡轮大攻角流动特性的三维数值模拟

采用三维数值模拟技术，研究了可调导叶转动导致变几何动力涡轮气动性能变化的流场机理。结果表明，在较小的转角范围内，采用大转折角设计的可调导叶使涡轮处于大攻角运行。在大正攻角或大负攻角下可调导叶级动叶栅流道内的三维分离流场结构及其产生机理有很大差异，而且大正攻角造成的吸力面分离流动更使整个涡轮的效率显著地下降。通过系统的机理分析，提出可调导叶宜采用较小转折角的后部加载叶型，而变几何动力涡轮可调导叶级动叶栅要采用较大负冲角的气动设计原则。     

Corner flow control in high through-flow axial commercial fan/booster using blade 3-D optimization

This study is aimed at using blade 3-D optimization to control corner flows in the high through-flow fan/booster of a high bypass ratio commercial turbofan engine. Two kinds of blade 3-D optimization, end-bending and bow, are focused on. On account of the respective operation mode and environment, the approach to 3-D aerodynamic modeling of rotor blades is different from stator vanes. Based on the understanding of the mechanism of the corner flow and the consideration of intensity problem for rotors, this paper uses a variety of blade 3-D optimization approaches, such as loading distribution optimization, perturbation of departure angles and stacking-axis manipulation, which are suitable for rotors and stators respectively. The obtained 3-D blades and vanes can improve the corner flow features by end-bending and bow effects. The results of this study show that flows in corners of the fan/booster, such as the fan hub region, the tip and hub of the vanes of the booster, are very complex and dominated by 3-D effects. The secondary flows there are found to have a strong detrimental effect on the compressor performance. The effects of both end-bending and bow can improve the flow separation in corners, but the specific ways they work and application scope are somewhat different. Redesigning the blades via blade 3-D optimization to control the corner flow has effectively reduced the loss generation and improved the stall margin by a large amount.     

某型舰用汽轮机末级_次末级叶片弯扭改型设计

应用S2流面正问题计算程序、S1流面计算程序和全三元Euler方程计算程序对某型舰用汽轮机低压末级、次末级静叶进行了弯扭改型设计,分析了舰用汽轮机变工况时叶栅流场的特点和采用弯扭叶片后机组性能的变化。结果表明：在低工况运行时,弯扭叶片抑帛了根部反动度随负荷降低而加速下降的趋势和顶部反动度随负荷降低而增大的趋势,提高了叶栅低工况运行时的抗分离能力,同时顶部漏泄损失也有所减小。     

水泵水轮机启动过程转轮叶片受力分析

为了研究水泵水轮机水轮机工况启动过程转轮区域流态对叶片载荷的影响,以某水泵水轮机模型为研究对象,采用Realizable k-ε湍流模型开展水泵水轮机全流道三维数值计算,运用UDF技术和动网格方式,控制启动过渡过程活动导叶的开启过程,分析机组启动过程中转轮的转速变化,并与试验结果进行对比。结果表明：数值计算与试验结果吻合度较高,该文数值计算准确可行;启动过程中,在0~5 s区间,转轮叶道中间分布明显沿周向规律分布的叶道涡,叶道涡随开度的增加及转轮叶片来流条件的优化逐渐变小然后消失;启动过程来流与转轮叶片工作面发生冲击并在此区域形成高压区,导致叶片工作面进口位置压力载荷集中、相同半径处叶片工作面背面压力差较大。启动过程中转轮叶片来流与叶片工作面发生冲击是叶片压力载荷集中以及叶道涡的主要诱因。     

Effect of winglet geometry arrangement and incidence on tip clearance control in a compressor cascade

An experimental study is conducted to investigate the influences of blade tip winglet on the flow field of a compressor cascade. The tests are performed in a low speed linear cascade with stationary endwall, with three blade tip configurations, including the baseline tip, the suction-side winglet tip and the pressure-side winglet tip. The flowfield downstream of the cascade is measured using five-hole probe, from which the three-dimensional velocity field, vorticity field and pressure field are obtained. Static pressure measurements are made on the endwall above the blade row using pressure taps embedded in the plywood endwall. All measurements are made at both design and off-design conditions for tip clearance level of about 2 percent of the blade chord. The results revealed the incidence variation significantly affects the secondary flow and the associated loss field downstream of the cascade, where the tip leakage vortex and passage vortex exist as the major contributors on the field. The winglet geometry arrangements can change the trajectory of the tip leakage vortex. The suction-side winglet tip blade provides a lower overall total pressure loss coefficient when compared to the baseline tip blade and pressure-side winglet tip blade at all incidence angles.     

导叶式混流泵水力性能优化的数值模拟

以导叶式混流泵为例,通过改变叶片截面的扭曲角和导叶的扫掠角度,对混流泵进行了优化设计,进而采用数值模拟方法分析了混流泵的水力性能。结果表明,在一定范围内,调整叶片的扭曲角度会使泵段效率上升;增大导叶的扫掠角度,导叶翼型的表面流线分布会更加均匀,可有效避免导叶表面的脱流漩涡,优化后的混流泵段效率比优化前提高了8.36%。     

向心涡轮可调导向叶栅内流动损失机理的分析

通过对向心涡轮可调导向叶栅三维流场数值模拟,分析在不同叶片安装角下,可调叶片表面静压系数和出口总压损失系数的变化规律。导叶安装角从21°增加到44°,通流面积调节范围为50%～116%设计通流面积。结果表明:叶栅开度减小时,叶片的气动负荷增加,总压损失增加。与设计工况相比,导叶关小15°总压损失增加了1倍多。叶栅端部间隙增加了导向叶栅的流动损失,间隙增加2%,损失增加1.5%,端部损失范围从20%叶高增加到40%叶高。叶栅开度减小,端部损失与叶型损失的变化较小,而间隙损失无论是数量还是占总压损失的比重都明显增加,是非设计工况下总压损失增加的主要原因。     

气冷涡轮转子变叶尖间距性能试验及数值研究

为量化评估工程应用的气冷低压涡轮带冠转子叶片的叶尖间距大小对涡轮气动性能的影响，综合现有涡轮部件试验能力，以单级轴流低压涡轮性能试验件为基础，通过控制圆度的机加方式磨削转子外环内壁以实现叶尖间距的变化，采用控制冷气流量比的方法，开展5次不同叶尖间距大小的涡轮级性能试验，得到多工况下涡轮效率、换算流量和换算功率等特性参数。采用加载冷气及考虑转子叶冠结构的数值模型进行三维仿真计算，并与试验结果对比分析。研究表明：叶尖间距由0.6 mm增加至3.2 mm,低压涡轮流通能力增大1%,叶冠泄漏量增多3.4%,但做功能力下降2.3%。涡轮效率变化与叶尖间距大小近似呈线性关系，叶尖间距每增加1 mm,效率约降低0.7%,同时，叶尖间距的增加导致了叶冠腔的旋涡结构、气流掺混及主流入侵强度逐渐增大，引起动叶总压损失的增大，叶尖间距增加至3.2 mm导致叶间位置总压损失由0.88增至2.3。     

离心压缩机进口导叶叶型的进一步研究

为提高离心压缩机进口导叶的质量流量调节能力,以原研究成果为基础对导叶叶型做进一步研究。通过数值模拟计算,对不同厚度弯叶型和不同弯度位置导叶的质量流量调节能力进行对比分析。结果表明,虽然减小弯叶型的厚度可扩大其质量流量调节范围,却增加了流动损失,使压缩机效率下降;将弯叶型最大挠度位置向后移,可有效提高导叶的质量流量调节能力,且其产生的损失对压缩机性能影响不大。最终选择出适合于导叶进行质量流量调节的最佳叶型,减少了压缩气体的排空浪费。