汽轮机静叶栅二次流损失的数值研究

基于有限元有限体积法和全隐式多网格耦合算法,对某汽轮机高压级有一定扭曲度的静叶栅流场进行了三维稳态数值模拟,分析计算了叶栅通道内上下端壁二次流发展的特点及叶栅的气动特性。计算结果表明,叶栅端壁二次流损失与叶型型面及上下端壁面的汽流情况有密切关系。同时揭示了叶栅通道内的涡系演变特点,发现在流道尾部二次流强度发展迅速,在靠近背弧上下端部附近形成两个明显漩涡区,进而引起总压损失系数和出口汽流角沿叶高方向产生明显变化,这对存在一定扭曲度叶栅的气动特性研究及设计有一定的指导意义。     

从扩压因子看叶片倾斜和弯曲对叶栅出口流场的改善

通过具有常规直叶片、正倾斜叶片和正弯曲叶片的三种扩压叶栅的扩压因子和出口轴向速度的分析，对比能量损失系数、叶栅壁面静压系数分布和叶片负荷的变化，讨论了正倾斜叶栅和正弯曲叶栅出口流场的改善情况，结果表明正倾斜和正弯曲叶栅根区流动情况大大改善，正弯曲叶栅气流流通能力提高，扩压因子降低且沿展向分布趋于均匀。     

平面叶栅的计算网格的形成与粘流计算

本文讨论了叶栅中正交与非正交曲线坐标系的数值求解方法。生成了叶栅中的H、O和C型网格。这些网格的优点在于有利于求解涡轮机中的粘性流。在非线性泊桑方程组求解中,采用改善初场、多重网格和线性与非线性同步迭代的方法,加快了收敛速度。     

弯叶片压气机叶栅在不同进口附面层厚度下的特性研究

采用人工加厚叶栅进口附面层厚度的方法,研究了弯叶片压气机叶栅在不同叶栅进口附面层厚度条件下叶栅特性的变化,实验结果表明,叶栅进口附面层厚度增加时,叶栅两端区二次流损失增加,近端壁气流的过转程度加强,正弯曲叶栅中低能流体向叶栅中部的迁移能力降低２。反弯曲叶栅中角区分离加剧。叶栅出口气流角和叶栅扩压能力和叶栅进口附面层厚工密切相关。     

小径高比环形叶栅的某些实验条件对实验结果的影响

对1/4环、半环和全环形叶栅在两种出口条件下进行了吹风实验。测量了栅后的静压、总压和子午面内气流倾斜角沿节距和叶高的分布。实验结果表明:在栅后有简体的条件下,半环和全环形的实验结果接近,在进行方案比较时,可采用半环形叶栅。但为使实验结果更好地反映透平中的实际流动,实验叶栅应制成全环形。栅后安装简体可以部分消除大气条件对测量结果的影响。气流自叶栅直接排入大气的条件是不可取的。     

倾斜旋转圆管内的二次流

流体在压差作用下,流经绕与中心线成任意角的转轴匀速旋转的圆管时,由于哥氏力的作用,垂直于中心线的截面内将产生二次流。分析了产生的二次流的特性:为绕一对直线的反方向的螺旋运动。讨论了中心面上的流线。给出了流量以及阻力系数的计算式。研究结果对高效旋转式换热器的研制及旋转部件的冷却系统的设计具有实用意义。     

用边界元法计算绕叶栅的二维有势流动

本文用边界元法求解了二维叶栅的有势绕流问题．所编微机程序的计算结果与美国ＮＡＣＡ６５翼型的试验实测结果相符得很好［１］．     

直管中黏弹性流体二次流的非线性特性分析

用Giesekus本构方程表征黏弹性流体的流变行为。采用数值模拟方法,发展了基于有限体积法的黏弹性数值算法,并用经典4∶1收缩流基准问题验证了所发展算法的有效性。然后分别模拟了内切圆直径等于20mm时横截面为正3-8边形以及椭圆的长直管道的黏弹性流体的流动,结果发现二次流产生涡的个数是边个数的二倍,椭圆横截面上二次流产生四个涡,直管中黏弹性流体二次流中涡的产生条件是横截面为变曲率边界。通过比较不同非线性系数发现,当非线性系数为0时直方管二次流为中心点流出的源流,且其二次流速度远小于非线性系数等于0.18时的二次流速度。结果表明,文中所发展算法能有效模拟黏弹性流体在直管中的二次流现象,而且数值结果所呈现的二次流非线性特性和理论上的非线性特性吻合较好。     

汽轮机叶栅内蒸汽流动的数值模拟研究

蒸汽汽轮机叶栅内流动属于变截面管流问题.本文利用力学知识建立了叶栅机翼理论,利用Computational Fluid Dynamics （CFD）软件对蒸汽在汽轮机叶栅内的流动进行了数值模拟研究,包括稳态流动及非稳态流动,并对叶栅内部蒸汽流动的压力和马赫数进行了动态显示,分析研究验证了与流体力学有关机翼和叶栅边界层理论知识.     

不同深宽比矩形腔双壁反向驱动蠕流涡结构研究

研究了不同深宽比二维矩形腔双壁反向驱动流的流动结构.采用微分求积法计算分析了深宽比从0.15到6.6变化对矩形腔蠕流涡结构的影响,给出了涡演化过程中的临界深宽比、流型及其分岔图.当深宽比在0.15至0.7之间变化时,腔内涡结构沿横向分布并随深宽比增加子涡逐步合并;当深宽比大于0.7时,随着深宽比增大,腔内流动结构沿纵向展开并且漩涡数量逐渐增多,具有周期性和自相似的变化特征,外围大涡的形成来源于中间区域新涡的生成和演化;在不同的深宽比条件下,腔内流动始终呈现对称的涡结构流型.     

用时间相关有限体积法求解任意旋成面叶栅的跨音速流动

用时间相关有限体积法求解叶轮机械中任意旋成面叶栅的跨音速流动.以积分型的基本方程出发,采用一种简单的四边形多重网格和差分格式,对定常、无粘性、可压缩完全气体的跨音速流场的数值分析,提出了一个行之有效的计算方法,以两个平面叶栅为例进行计算,其结果与实验结果的吻合证实了本方法的成功.这种方法可用于算带有激波的跨音速流场,并对叶栅的设计和叶片的造型有一定的指导作用.     

叶片失调阶次及离心力效应对叶栅颤振边界的影响

本文用特征值法研究了不可压流中叶片频率失调阶次及离心力效应对叶橱弯、扭耦合非失速颤振边界的影响。计算结果表明:叶片失调可延迟颤振边界,在一定范围内,随着失调幅度的增大,颤振边界愈向后移;不同的失调阶次对颤振边界的影响不同,影响的大小取决于叶片颇振时的振动阶次:计及离心力效应后,叶栅颤振边界后移。     

铁磁材料的逆磁致伸缩效应实验研究

为了了解铁磁性材料的力学与磁学性能的耦合关系，通过实验测量了4种不同的铁磁性材料在不同扭矩作用下的磁通量关系曲线，并对出现的现象作了初步的分析，发现材料的磁特性与应力引起的磁畴变化有关，并对利用逆磁致伸缩效应进行扭矩测量提出了建议。     

多网格法求解跨音速叶栅绕流的计算

应用时间推进有限体积法,采用双层网格进行了带激波的跨音速叶栅绕流流场计算,有效地提高了时间推进有限体积法的收敛速度,减少了计算时间。实例计算结果与实验结果吻合良好。     

螺旋叶片轴向排列结构强化管内高黏流体流动特性研究

利用计算流体力学方法探讨两种螺旋叶片轴向排列方式对其内部高黏度流体流场的影响,提取两种结构的速度场和压力场分析发现,三维速度场均存在着明显的周期性规律.KSM(Kenics type)叶片对流体的切割分流和改变自旋方向在每个叶片的两端产生的压力降为定值,并且随着雷诺数的增加而线性增加.在两种叶片结构的同侧不同端点位置处存在着压力峰值区域诱导了径向二次流的产生.对速度场和压力场的整体协同性分析发现KSM和SSM对应的协同角随雷诺数的增加而下降,SSM内速度场与压力场的整体协同性优于KSM.     

紫外光吸收剂对不同嵌段比SBS改性沥青性能的影响

为了研究紫外光吸收剂(UV-531)对不同嵌段比SBS改性沥青性能的影响,采用高速剪切仪制备不同嵌段比(分别为40/60、30/70、20/80)SBS改性沥青,通过熔融共混的方法分别掺加3种剂量UV-531制成UV-SBS改性沥青。利用动态剪切流变试验、弯曲梁流变试验和测力延度试验探究了不同掺量UV-531和不同嵌段比对沥青高、低温性能的影响规律。结果表明:UV-531的加入对嵌段比为20/80的SBS改性沥青高低温性能改善效果不明显,对其他两种嵌段比SBS改性沥青的改善效果显著。使用室内紫外光老化环境箱模拟了沥青的紫外老化,借助软化点增量、G*AI和红外光谱分别研究了UV-SBS改性沥青的老化程度和化学机理。从沥青抗紫外老化程度来看,选择最佳掺量UV-531的嵌段比为40/60和20/80的SBS改性沥青的抗紫外老化效果相当,均远远优于嵌段比为30/70的SBS改性沥青。