汽轮机叶片正弯对叶顶间隙泄漏流动影响的数值模拟

以某汽轮机高压级动叶为研究对象,采用κ-ε湍流模型,应用SIMPLEC算法对在相同叶顶间隙高度下的常规扭叶片和正弯扭叶片的叶顶间隙流动进行了数值模拟。研究结果表明:与常规扭叶片相比,叶片正弯提高了汽流在叶顶区的最低压力值,减小了叶顶压力边与吸力边的横向压力梯度;汽流在正弯扭叶片吸力面附近形成的泄漏涡的影响范围和对通道主流的扰动弱于在常规扭叶片内形成的影响;正弯扭叶片使汽流在吸力面和压力面上形成了叶顶部正径向压力梯度、叶根部负径向压力梯度的"C"型压力分布,同时降低了叶片上端部附近的总压损失。叶片正弯既降低了叶顶泄漏损失,又降低了叶栅通道内的掺混损失。     

正弯叶片降低叶栅内部损失的数值模拟

计算了直叶片及正弯叶片流场,计算结果表明叶片正弯曲在流道内,尤其是吸力面表面建立起“Ｃ”型静压分布,抑制了径向二次流动;而横向压力梯度的减弱将有利于减少横向流动损失。通过对涡量等值线的分析表明,正弯叶片栅中的马蹄涡及通道涡的尺度及强度均较直叶片中的小,而由能量损失系数分布图可知,采用正弯叶片可以降低叶栅内部流场中的能量损失。     

汽轮机叶片流道二次流控制和弯扭叶片设计

论述了以可控涡设计，弯扭叶片成型等技术对叶片通道二次流进行控制的机理、实际运用和效果。     

正倾斜叶片压气机叶栅二次流的数值研究

应用Beam-Warming近似隐式因子分解格式以及MML代数湍流模型,采用拟压缩性方法求解雷诺平均拟压缩N－S方程组,对正倾斜叶片压气机叶栅内三维粘性流场进行了数值研究,并与直叶栅进行了对照。结果发现,正倾斜叶栅中上、下通道涡的发生、发展过程与直叶栅存在明显的差异,这导致正倾斜侧二次流减弱,负倾斜侧二次流高损失区扩大,流动状况恶化,叶栅顶部区域的附面层分离发展成一个向叶栅中部扩展的更大的区域。计算与实验结果比较,两者吻合较好。     

前掠叶片叶栅内二次流动的数值研究

采用数值模拟技术详细地研究了不同掠高的某蒸汽轮机末级前掠叶片叶栅内部的二次流动。通过对计算结果的分析,讨论了该种叶栅内流动损失产生的机理。     

叶片的弯扭联合气动成型理论、实验、设计及其应用

分析了弯扭联合气动成型叶片控制二次流的机理.采用这种叶片可以在根部产生逆压力梯度,使端部边界层减薄和清除靠近吸力面的角隅区边界层堆积,从而能提高叶轮机械效率.实验和三维理论计算均表明了这一结果.图5参14     

弯叶片对压气机静叶根部间隙泄漏流动的影响

研究了弯叶片对压气机静叶根部泄漏流动的影响机理.对比分析了采用弯叶片后,根部间隙泄漏涡的运动轨迹、旋涡强度的差异以及对吸力面附面层发展的影响;从根部最大负荷位置以及逆压梯度等参数的变化,分析了造成泄漏流动变化的原因;从出口截面的轴向速度分布以及出口气流角沿叶高分布的变化,分析了静叶根部采用弯叶片后对流动匹配的影响.结果表明:正弯叶片使泄漏涡强度减弱,提高了下端壁的通流能力,改善了静叶出口气动参数的均匀性,减少了能量损失,尤其是使近端壁处轴向速度增大,有利于原型压气机根部的流动匹配.     

采用弯叶片控制高负荷涡轮叶栅内附面层迁移的机理分析

对具有128.5°折转角的高负荷平面涡轮叶栅的内部流场进行了数值模拟.结合前期的实验结果,并利用拓扑学理论,详细分析了弯叶片对叶栅内附面层发展及旋涡运动的影响.结果表明,以通道涡为主的集中涡系在高负荷涡轮叶栅中部强烈掺混,使得中部的能量损失系数(0.56)明显高于端部(0.07),这是反弯叶片能改善此类叶栅整体气动性能的原因.对附面层迁移理论作了进一步讨论后指出,在高负荷涡轮叶栅内采用弯叶片减少二次流损失时应重点考察自由涡层的迁移.     

弯曲叶片涡轮叶栅二次流损失计算经验模型

根据倾斜、复合弯曲平面叶栅的实验数据的分析,提出了一个适用于弯扭气动成型设计的涡轮叶栅的二次流损失计算模型,此模型反映了叶片倾角、展弦比、叶栅稠度等诸因素对二次流损失大小以及分布规律的影响。用此模型预估了直、弯两种叶片形式下的一小展弦比燃气涡轮导向器的损失值,模型计算值同试验测试结果吻合得很好。     

弯扭叶片对汽轮机变工况的影响分析

分析了弯扭叶片中,叶片力的径向分力对沿叶高反动度的影响,及对变工况时脱流特性的影响。数值计算表明,在大功率汽轮机末级叶片中采用弯扭叶片后对脱流特性有较大影响。相对脱流高度减少。     

动力涡轮有冠及无冠动叶栅顶部二次流的数值分析

建立某动力涡轮的流体分析模型,采用三维定常N-S(Navier-Stokes)方程和带转捩的SST(Shear stress transport)湍流模型,对该动力涡轮典型工况下的燃气流动状况进行了数值模拟.针对叶道内的二次流旋涡结构,分别对无冠动叶栅和有冠动叶栅顶部的间隙流、通道涡进行了分析,展示了大展弦比非气冷动叶...     

耦合末级叶片的汽轮机排汽缸气动数值模拟

为研究末级叶片出口流场径向的不均匀性对排汽缸气动性能的影响,基于稳态的三维N—S方程、能量方程以及连续性方程,采用商业CFD软件进行了排汽缸气动性能的数值模拟计算．结果表明：耦合末级叶片的数值模拟计算结果更接近真实值;动叶叶顶漏气射流对排汽缸内的流动结构有很大影响,使得计算得出的静压恢复系数有所增加;叶片叶顶漏气影响不可忽略,在今后的排汽缸气动设计及优化工作中需要考虑末级叶片的影响;排汽缸进口条件对于其气动性能有着决定性的影响．     

汽轮机动叶顶部间隙泄漏流动特性的数值模拟

以一个小展弦比轴流透平级为研究对象,采用数值方法对不同动叶顶部间隙情况下的间隙泄漏流动进行了分析,研究了间隙流和间隙涡的形成、发展及其对透平级性能的影响.以三维流线和极限流线为手段,分析了6种间隙尺寸下动叶顶部的泄漏流和泄漏涡造成的损失及其与主流掺混的过程.结果表明:动叶顶部间隙两侧压力面和吸力面之间的压力差使汽流从压力面被吸入间隙,跨过叶顶,进入相邻叶栅通道的吸力面,导致泄漏流动;与无间隙的情况相比,叶顶间隙的存在使上端壁处的流场发生明显变化,引起损失迅速增长;随着间隙的增大,泄漏涡的产生位置提前,强度增大,从而导致更大的流动损失.     

汽轮机叶顶间隙内非定常流动的数值分析

为了分析叶顶间隙泄漏涡的影响范围、运行轨迹和强度的变化规律,以某汽轮机高压级为研究对象,采用SSTκ-ω湍流模型,应用PISO算法对叶项间隙内的非定常流动进行了数值模拟．结果表明：叶顶间隙泄漏流是有规律的周期性的非定常流动,泄漏涡的影响范围、运行轨迹和强度随时间和叶顶间隙的变化而变化;泄漏流对主流的影响呈现出从弱到强、再从强到弱的周期性变化规律;叶顶间隙泄漏涡在丁／4时刻的强度和影响范围均达到最大,在T／2时刻,静叶脱落涡和动叶吸力面前部的泄漏涡混合形成新的涡系,而动叶吸力面后部的泄漏涡却与其边界层的脱涡混合,离开吸力面．     

带小翼肋条的涡轮叶尖泄漏流场的数值模拟

对叶尖吸力面带小翼肋条的某一轴流转子叶尖间隙泄漏流场进行了数值研究,分析了在不同肋条宽度下泄漏流场细节,并对涡轮效率进行了计算.结果表明:涡轮叶尖单吸力边小翼肋条总体上减小叶尖表面压差,使得吸力面后半部分泄漏流速度减小,从而减小泄漏流动损失,但会增大通道内流动损失,使涡轮转子效率下降;小翼肋条宽度有一个最佳值,小间隙下增大肋条宽度使得涡轮转子效率降低,大间隙下增大肋条宽度却使得涡轮转子效率提高;吸力边小翼肋条改变了叶尖吸力边附近的流场,对压力边附近泄漏流动结构影响不大.     

叶顶间隙对于汽轮机排汽缸气动性能的影响

介绍了汽轮机末级动叶叶顶间隙对于汽轮机排汽缸性能的影响,通过耦合末级叶片的排汽缸气动数模拟来考察这一影响,发现排汽缸内的流场情况会随着间隙漏汽量的不同而产生变化,表征气动性能的压力恢复系数也随之变化.研究表明,叶顶间隙射流对于排汽缸内流场的影响是不可忽略的,在以后的排汽缸气动设计及优化工作中需要考虑叶顶漏汽射流.     

向心透平内部流动的研究

对向心透平内部的流动进行了实验与数值的研究。蜗壳内采用单斜丝热线在同一位置旋转．在三个不同的方位测量后拟合计算得到气流的三维速度。在某些特征位置与数值结果的对比，说明了数值结果的可靠性与局限性。对导叶内的流动模拟，确定了入口角度对导叶内二次流动的影响。对叶轮内流动模拟，说明了叶顶泄漏流对主流的作用，以及叶轮内部壁角涡的形成与发展。这些工作对向心透平内部流动的认识提供了参考。     

变几何平面叶栅数值模拟

使用CFD软件NUMECA对变几何平面叶栅三维流场进行了数值模拟。分析在不同叶片安装角下,叶片表面静压系数、出口总压损失系数和出口气流角的变化规律。结果表明：在叶栅转角范围内,随着安装角的增大,沿叶型表面气流的扩压段显著增加,叶栅出口气流角也会随之增大,而叶栅总损失不断减小,其中,叶型损失先减小后增大,叶顶间隙泄漏损失和端部二次流损失都是减小的。     

在分流叶片中采用正弯曲来控制二次流损失

采用CFD软件CFX－TASCflow对某125MW机组的压力第1级分流叶片做了直叶片和正弯曲计算。计算结果表明在压力第1级采用正弯曲分流叶能够有效的控制二次流损失。     

涡轮叶顶间隙内部流动的数值研究

动叶叶顶间隙流动是引起涡轮中流动损失的主要原因之一,但由于间隙尺寸较小,且流动方向与叶片转动方向相同,因此很难通过试验测量间隙内部详细的流动及压力分布。通过对"LISA"1.5级轴流涡轮设计工况进行计算,并与试验测量结果进行对比,进而研究间隙内部压力场、流场的分布情况,同时分析间隙高度变化对间隙内部流动的影响。