变几何涡轮可调叶栅过渡态特性研究

变几何涡轮使发动机在变工况下的性能得到提升,为了更透彻地了解变几何涡轮导叶转动过程中参数的变化情况,通过数值模拟及试验方法探究可调叶栅过渡态特性。将变几何涡轮导叶进行调节,导叶调大范围为0°~6°,导叶调小范围为0°~-5°,观察过渡态参数变化规律。试验研究表明：导叶在调大及调小过程中,导叶出口质量流量、绝对气流角和绝对马赫数随转角接近线性变化,导叶出口总压损失系数和熵增接近抛物线变化;导叶从0°向-5°转动过程绝对出口马赫数减小了2.2%,总压损失系数增加了37.3%;导叶从0°向6°转动过程中,导叶出口马赫数增加了1.5%,导叶出口总压损失系数减小了15.8%;在导叶转角和二次流改变的影响下,吸力侧和压力侧来流在导叶尾缘后掺混改变,沿叶高分布的出口绝对气流角不同程度地偏离几何出口角;导叶转角调大,上部通道涡沿叶高上移,泄漏涡和通道涡相互削弱,总压损失系数减小。     

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。     

变几何涡轮可调导叶瞬时转动气动特性研究

为探究单级变几何涡轮(VGT)在导叶转动过程中的过渡态性能,对某动力涡轮进行了非定常数值计算,应用动网格技术实现导叶转角的改变,并对导叶通道开大或关小过渡过程中涡轮性能进行了分析。结果表明：导叶转角从0°变化到-5°时,单级涡轮效率逐渐下降1.6%,从0°变化到6°时,效率逐渐提高0.5%;质量流量和导叶出口绝对气流角随转角改变接近线性变化,而动叶出口相对气流角、熵增、效率和导叶出口总压损失等随转角改变呈抛物线型变化;过渡态下导叶流场内损失变化主要受上、下端壁处间隙泄漏涡影响,动叶出口熵增变化规律主要受动叶吸力侧泄漏涡和下部通道涡影响,其中下部通道涡的改变是引起熵增变化的主要原因。     

变几何涡轮动叶栅流场的PIV实验研究

对某变几何涡轮在不同导叶转角工况下进行了内流场PIV实验研究,获得了动叶叶栅流道及其下游区域详细的流场及涡量场数据,并对其进行了对比分析.结果表明:导叶转角从6°转到-6°的过程中,叶轮出口截面最大速度增加约11%,叶轮流道内部最大绝对速度增加约40.6%,气流角度单调变化,叶轮输出功率在这一过程中增加了42%;但随着导叶转角的减小,下游动叶流道的流动损失有所增加.     

舰船燃气轮机变几何动力涡轮通流特性的数值研究

基于叶轮机械三维粘性值模拟技术,本文研究了一个舰船燃气轮机四级变几何动力涡轮的通流特性及其气动性能,并分析了它的主要气流参数随可调导叶转动的变化规律。结果表明,可调导叶级的通流特性将决定整个变几何动力涡轮的气动性能。关小导叶可导致可调导叶级动叶处于较大正攻角而引起吸力面分离流动;反之,开大导叶导致相应的较大负攻角造成压力面分离流动。然而关小导叶引起的吸力面三维分离涡流场将导致变几何动力涡轮的效率更显著的下降。     

基于流固耦合的变几何涡轮叶片传热特性研究

本文利用流固耦合数值模拟分析的方法,对某型船用燃气轮机涡轮可变几何导叶进行了气动与传热分析。在同一工况下,当导叶调整旋转角度分别为-3°、0°、+8°时,涡轮导叶叶片表面以及叶顶端区传热特性会发生改变。经计算发现:对整体导向叶片而言,叶片旋转轴所在的圆盘部位平均温度较低,圆盘所在区域的热应力分布相对较高;导叶旋转角度的变化不会从根本上改变流场及叶片表面的压力分布,但会改变泄漏涡发生的初始位置以及涡核的拓展区,从而降低了泄漏涡对压力损失造成的影响,由于固体叶片具有良好的导热特性,改变导叶角度不会大范围地改变叶片表面的温度分布及热应力分布。     

船用燃气轮机动力涡轮可调导叶级的流场结构

基于耦合求解可压缩Favre平均Navier-Stokes方程及Menter的Baseline（BSL）双方程湍流模型．本文对一个考虑可调导叶设计的船用燃气轮机变几何动力涡轮进行了全流场的三维粘性数值模拟。计算结果表明,采用可调导叶技术,涡轮各级热力反动度发生了明显变化;可调导叶级的流动特性变化更显著影响变几何动力涡轮的气动性能;选取具有良好冲角适应性和跨音速性能的可调导叶是船用燃气轮机变几何动力涡轮气动设计的一个关键技术。由此,根据数值计算结果．重点分析可调导叶级的气动特性及其流场结构。     

冷气掺混对涡轮叶栅气动性能影响试验研究

为分析冷气掺混对涡轮叶栅气动性能的影响,对某船用燃气轮机高压涡轮导叶开展了带冷气条件下的扇形叶栅吹风试验,结果表明：冷气掺混对叶片型面压力分布有较大影响,且在吸力面表现尤为突出;在冷气流量比小于7%工况下,叶栅能量损失较无冷气喷射时增加（< 9%）,甚至在Ma=1.05时能量损失较无冷气喷射时还小;当冷气流量比大于7%时,叶栅能量损失随冷气流量比的增大而迅速增加（最大可达26%）;平均出口气流角随着出口马赫数的增加而增大,变化范围为17.7°~18.1°,且在同一工况下冷气喷射会使平均出口气流角增大。     

变几何涡轮对涡轮气动性能的影响研究

针对自由涡轮导向器叶片可调的多级轴流涡轮进行气动性能研究。结果表明:通过改变自由涡轮导向器叶片角度可以调节多级涡轮的流量、效率、膨胀比分配和功率分配,自由涡轮导向器叶片角度变化对涡轮流场和各级静叶损失产生明显的影响。     

动力涡轮动叶预扭对涡轮部件气动影响研究

在航空发动机的低压涡轮,特别是涡轴与涡桨发动机的动力涡轮中,工作叶片通常为带冠预扭叶片。叶片预扭的引入必然会对涡轮部件的气动性能和流动情况造成影响。本文以某发动机的整个涡轮部件为研究对象,通过数值模拟的方法,对地面起飞和最大巡航两种发动机工作状态下,动力涡轮两级动叶预扭对涡轮部件的气动性能和流动情况造成的影响进行了研究。研究发现:动力涡轮动叶预扭对涡轮部件中的低压涡轮、动力涡轮的性能和流动情况有明显影响,且两级动叶分别预扭造成的气动影响可以叠加;由于地面和空中两种状态下动力涡轮的工作状态不同,故预扭对动力涡轮气动损失的影响规律不同。     

退化涡轮叶片形变对气动参数偏离的影响研究

涡轮叶片在服役过程中发生的形状变化会造成涡轮气动参数偏离,研究造成涡轮性能退化的主要形变因素是实现涡轮精准维护的重要环节。本文分析了实际涡轮叶片在长时间服役后的具体形变特征,以及形变特征与气动参数偏离值的关系;通过光学扫描获得退化涡轮全周叶片的形状数据,重构得到叶片特征几何参数;以几何参数为基础生成退化的涡轮流道,通过CFD仿真得到了燃气轮机在退化前后的详细气动参数;采用神经网络模型建立涡轮几何数据与气动数据之间的映射关系,并分析了模型中影响气动参数偏离的主要几何参数。结果表明:磨损烧蚀导致弦长变短是第1级静叶气动参数变化的主要诱因,而第1级动叶的气动参数则主要受喉道宽度的影响。     

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%。     

带有超高负荷高压级的1+1/2对转涡轮低压涡轮的设计与分析

开展了带有超高负荷高压级的1 +1/2对转涡轮低压级设计与研究.首先对该超高负荷涡轮进行特性分析,提出了1 +1/2对转涡轮低压涡轮的设计目标,并进行了低压涡轮的详细设计与分析.研究结果表明,所设计的1+ 1/2对转涡轮低压级基本达到设计要求;1+1/2对转涡轮出口背压的变化,对低压级流场产生直接显著的影响,但对高压级流场的影响较弱.     

某MW级燃机变几何动力涡轮动_静叶栅与排气道的流动分析

某MW级燃机末端的变几何动力涡轮动/静叶栅与非对称排气道之间的流场会相互作用,使用商用CFD软件CFX研究了不同导叶安装角下、二者之间的耦合流场.在导叶设计安装角下的流场分析表明:排气道的非周向对称性主要影响动力透平的动叶流场,导致动叶不同叶片载荷出现周向差异,同时动叶出口气流角分布也会出现强烈的周向不均匀性.导叶旋转7°后,导叶进口正冲角增大导致吸力面大范围分离;动叶进口呈现负攻角,压力面的分离程度增大;同时排气道内旋涡程度加剧,这导致了导叶安装角改变后动力涡轮的效率和功率出现明显下降.     

扇形叶栅实验中可调导叶的应用研究

为了对压气机静叶开展扇形叶栅实验研究,设计了可调导叶来模拟静叶气流的速度和方向,并采用数值模拟和实验方法对该可调导叶的气动性能开展研究,分析了不同转角时导叶出口气流参数的分布规律。研究表明:数值模拟结果和实验结果可吻合较好;可以通过合理的导叶设计,以扇形叶栅实验代替压气机级实验来研究静子的性能和流场结构;实验中导叶间隙的影响使附面层增厚,使转角0°、+2°和+4°时,出口最高马赫数位置向中径处抬升至25%叶高处;而数值模拟对附面层变化考虑不足,出口最高马赫数位于15%叶高处。     

轮缘密封导流段轴向相对位置对涡轮级气动冷却特性影响的数值研究

系统深入研究了不同导流段轴向相对位置轮缘密封射流对涡轮级气动性能及下游动叶端壁冷却性能影响规律.通过求解三维RANS方程组和SST湍流模型,计算对比了Ld=5mm、Ld=11mm以及Ld=14mm时3种不同导流段与动叶前缘相对位置、轮缘密封射流对涡轮级气动性能的影响以及对下游动叶端壁气膜保护的效果.研究结果表明:随着导...     

第一级导叶改进对两级动叶可调轴流风机性能的影响

利用Fluent软件对某两级动叶可调轴流风机进行全三维数值模拟,探讨了第一级导叶采用长短复合式和单一长叶片式2种叶片结构对风机气动性能的影响,并比较了短叶片不同轴向、周向位置和叶片长度时的风机性能.结果表明:长短复合式导叶的单级扩压性能及整机气动性能均优于单一长叶片式导叶;当短叶片位于第一级导叶入口、相邻长叶片中间栅距时,风机的全压和效率均达到最优,尤其是效率明显高于其他位置;短叶片长度对风机性能也有明显影响,当其长度为320mm时,风机的不可逆损失最小,增加或减小短叶片长度均导致风机气动性能变差.     

某氦气涡轮弯叶片设计方法研究

氦气涡轮高负荷、低展弦比的特点,导致端区损失占总损失的比例较高,尤其是动叶端区损失径向发展尺度较大,甚至会 主流流动。为优化某氦气涡轮气动性能和主流流动,采用数值模拟方法对动叶进行 弯曲设计研究,分别对比了正弯、反弯、反J型设计方法,研究结果表明：此氦气涡轮采用反J型设计效果最 佳,反弯 ,正弯最差。50%弯高、20°弯角的反J型设计为最佳设计点,不仅提高了涡轮级效率 ,优化了主 流流动,增强了做功能力,而且有更好的变工况特性,尤在流量为1.5kg ／s的低工况点,效率较原设计提 高2. 3个百分点。 关键词：氦气涡轮;弯叶片;通道涡;叶顶泄漏涡     

可调二级增压系统涡轮级热力学分析

针对重型车用、带有调节阀的可调二级增压系统的涡轮级进行了热力学分析,推导了涡轮级绝热效率的计算公式,给出了高、低压涡轮流量和膨胀比的计算方法.计算结果显示,当高压级涡轮进口压力和温度保持不变的时候,随着调节阀逐渐关闭,高压级涡轮的流量和膨胀比均逐渐上升,低压级涡轮的流量和膨胀比均逐渐下降.涡轮级绝热效率在调节阀开度为60°时最低,在调节阀完全关闭时最高.     

涡轮大扩张过渡段的流动分离与控制数值研究

现代高性能涡轮机械中,研究者一直在努力提高其气动性能,体现在涡轮气动参数设计上就是：每个级利用最大焓降、最小的轴向长度、最少的每排叶片数、设计工况最高的效率。这些气动设计特点使得航空涡轮低压级静叶入口段具有较大的向外扩性,给发动机内外端壁及其高低压过渡段的设计带来了难度。通过数值模拟,探讨了一种减小扩压段流动分离的型线设计方法。