尾缘形状对低压涡轮叶栅气动性能的影响

为减小高负荷低压涡轮叶型损失,提高低压涡轮叶栅气动性能,采用数值模拟方法研究尾缘形状对高负荷前加载低压涡轮叶栅L2F气动性能的影响.对比尾缘偏斜、增加尾缘厚度和Gurney襟翼对叶栅能量损失和流动的影响.结果表明:3种尾缘形状都能增加气流折转角,在低雷诺数时减小能量损失,在高雷诺数时增加损失,但总体上尾缘偏斜提高气动性能的效果更好.雷诺数为20 000、湍流度为3%时,尾缘偏斜能够减小16.5%叶栅能量损失,增加3.3%气流折转角.3种尾缘形状都使主流发生偏转,加速了吸力面边界层流动,抑制了流动分离,有利于减小损失;但尾缘改型增强了尾缘后流动掺混,会增加损失.     

新型风力/洋流涡轮气动及引射特性

为高效开发利用低品位风能和洋流能,采用涡扇发动机喷管引射技术,设计含有单级涡轮和波瓣引射器结构的低品位风力/洋流涡轮,给出一种波瓣引射器的参数化方法,并基于CFX软件RANS方程和k-ε湍流模型数值研究涡轮气动和引射特性.结果表明:含单级涡轮和波瓣引射器结构的低品位风力/洋流涡轮可将其转子四周流过的能量通过波瓣引射器引入涡轮后侧,通过流向涡和正交涡共同产生的抽吸作用,降低涡轮转子后侧被压,使有效做功速度增大约1.4倍,等效于提升了能量的品位.在2~6 m/s的风能和2~4 m/s的洋流能利用方面,含单级涡轮和波瓣引射器结构的风力/洋流涡轮功率曲线与来流速度成指数增长,流通能力增大32.70%~35.33%,在低速工况能量利用率可达66%~77%.     

管网耦合计算在涡轮气冷叶片优化中的应用

通过由外至内逐步建立控制参数,实现了基于叶型的气冷涡轮叶片参数化设计,在快速更新结构特征,生成实体模型的基础上,创建了复合冷却系统。不同的通流单元以串并联方式模化成为复杂的网络拓扑结构。应用一维流动理论,编写管网程序计算沿流路的流量、换热量、压力损失、温度等参数。内部单元的这些参数作为耦合计算的内边界条件,通过插值传递至外流场计算程序HIT-3D,实现全流域流热耦合分析计算。参考引用文献里的算例,对管网计算程序和耦合算法的有效性进行验证后,在改型设计计算基础上,借助i SIGHT-FD,建立优化平台。通过MIGA寻优机制,达到了提高冷却效率的目标,有效地降低了热负荷。该研究工作对于快速展开冷却结构设计具有一定的指导意义。     

来流马赫数对叶栅吸力面可压边界层稳定性影响研究

针对叶栅高速流动稳定性预测及转捩问题，采用理论分析与实验测量相接合的方法。首先推导出正交曲线坐标系下三维扰动波的抛物化稳定性方程（PSE），在风洞实验中，采用叶栅表面压力测孔测量了设计叶栅表面静压分布。根据表面静压分布测量值，通过求解Falkner—Skan方程以获得不同来流马赫数下边界层内速度、压力、密度等参数的分布。将以上结果作为边界层平均流动值，结合数值离散化的正交曲线坐标系非线性抛物化稳定性方程（PSE）对流动的稳定性进行特征值分析。数值离散采用六阶精度差分格式，采用大步长隐格式法求解方程以保证求解的稳定性。计算结果表明本文所选用的实验叶栅由于加工量较小并采用后部加载叶型设计，边界层流动相对稳定。来流马赫数增加对边界层稳定性有微弱影响，会导致流动趋于不稳定。     

应用γ-Reθ湍流模型模拟超声速进气道流动

为了准确预估转捩起始点位置,采用考虑转捩的γ-Reθ湍流模型,对锥体高超声速流场和平板激波/边界层干扰流场进行了验证,有效地预测了边界层转捩位置、激波/边界层干扰的复杂波系结构、分离流动以及气动加热现象,且比传统的湍流模型具有更高的可信度.设计了三压缩角和等熵压缩型面进气道流场,计算结果表明,等熵压缩型面设计具有较好的...     

蒸汽轮机末级应用海豚型静叶的数值仿真

分别对海豚型叶型和常规设计的蒸汽轮机叶型进行了一级全三维气液两相数值计算,对比发现所设计的海豚型叶型在改善常规叶型流场的气动性能、提高汽轮机轮周效率的同时,可以提高流道内叶片段区域的湿蒸汽干度,改善流道内湿蒸汽的分布。海豚型叶型具有短的扩压段,使激波和附面层干扰区域具有更强的防汽流脱落能力,这样可减少此区域内水膜被高速汽流急剧撕裂成二次水滴的可能。海豚型叶型通道内湿蒸汽湿度沿叶高的分布特点有利于在叶片上表面开设除湿槽,进行高效除湿。     

末级中空静叶除湿方法的数值研究

采用数值计算方法对某末级中空静叶片开双抽缝除湿方法进行了研究。通过研究抽吸缝除湿机理设计了两种方案的双抽吸缝结构,计算了一级采用双抽吸缝结构的叶栅流场。比较了两种双抽吸缝方案条件下不同叶高上的流场、湿度场以及叶片表面的压力情况。通过分析得到两种抽吸缝方案的计算结果,得到了两种双抽吸缝中占优的方案。     

多级压气机动叶不同CLOCKING位置下尾迹/附面层干扰分析

采用harmonic非定常计算方法模拟了某型燃气轮机中间三级轴流压气机流场,研究第二级动叶处于不同CLOCKING位置下尾迹输运机理,指出在非定常条件下,叶片排之间干扰主要来自于尾迹和势流对叶片排的交替作用。在CLK0位置,上游尾迹的输运主要表现为单个尾迹向下游的传播过程。在CLK2位置,上游动、静叶片尾迹掺混发生显著不同,上游尾迹的输运呈现多个尾迹的传播过程,进而导致下游叶片非定常气动负荷的波动幅值出现显著差异。     

压气机动叶CLOCKING效应对叶片气动负荷的影响

为研究某型燃气轮机中间三级轴流压气机第二级动叶片的CLOCKING效应及其对静叶片气动负荷的影响,采用基于谐函数(harmonic)的非定常计算方法对三级压气机进行数值模拟,分析流场尾迹输运以及叶片非定常气动负荷.计算结果表明,动叶片处于不同CLOCKING位置时,非定常流场具有截然不同的熵输运特点,因而在不同的气流激振力作用下各列叶片气动负荷差别较大.在CLK2位置上,静叶片气动力始终为正值,且波动幅值明显比其它位置小,气动力方向角波动范围最小,且气动力矩波动幅值和方向改变次数最少,具有最稳定的气动负荷.     

Numerical simulation on conjugate heat transfer of turbine cascade

Numerical simulation on conjugate heat transfer of an internal cooled turbine vane was carried out. Numerical techniques employed included the third-order accuracy TVD scheme, multi-block structured grids and the technique of arbitrary curved mesh. Comparison between results of commercial CFD codes with several turbulence models and those of this code shows that it is incorrect of commercial CFD codes to predict the thermal boundary layer with traditional turbulence models, and that turbulence models considering transition lead to more accurate heat transfer in thermal boundary layer with some reliability and deficiency yet. The results of this code are close to those of CFX with transition model.