具有阻尼拉金和叶顶间隙的汽轮机末级复杂三维流动特性

为获得具有阻尼拉金和叶项间隙的叶栅通道内复杂流动的详细状况,采用重整化群湍流模型(RNG k-ε)、壁面函数法、结构化网格,混合平面法建立了三维黏性流动数值模型,基于该模型分析了某汽轮机末级的流动状况.结果表明:阻尼拉金附近沿叶片展向动叶表面静压、通道内流线分布均发生了显著变化,其中吸力面受到的影响更为显著.在叶项和动叶吸力面上都发生了流动分离现象,表明该处存在分离涡和泄漏涡;同时,由于叶顶间隙的存在,动叶接近叶顶处压力面静压降低,甚至出现低于吸力面的情况,此外考虑阻尼拉金以及考虑阻尼拉金和叶顶间隙的汽轮机末级等熵效率与无阻尼拉金相比分别降低了0.39%和1.23%,表明泄漏损失在以上两种损失中占主要部分.     

叶顶间隙对多相混输泵多工况增压性能的影响

叶顶间隙的存在会导致混输泵内有叶顶泄漏涡产生,进而对泵的增压性能产生较大的影响。本文以叶顶间隙为基础,定量地研究了不同叶顶间隙、流量及进口含气率对混输泵增压性能的影响。研究发现：叶顶间隙对混输泵做功性能的影响主要位于叶轮域内,且叶顶间隙的增加对于混输泵的做功性能有一定抑制作用;当叶顶间隙较小时,流量对叶轮做功性能都有明显的影响,而随着叶顶间隙的增加,流量对叶片表面压力载荷分布影响相对较小;当叶顶间隙为0.5 mm和1.5 mm时,随着进口含气率的增加,叶片吸力面压力载荷逐渐减小,而压力面的压力载荷略有增加,而当叶顶间隙为1.0 mm时,叶片表面压力载荷受到进口含气率影响很小。研究结果为混输泵增压性能提升提供一定参考依据。     

叶顶间隙对螺旋混流式喷水推进泵内流及推进特性的影响

喷水推进泵是舰船泵喷推进系统的核心部件，喷水推进泵在工作过程中，叶顶间隙处所产生的泄漏流会严重影响混流泵的工作性能。为了探讨叶轮叶顶间隙对喷水推进泵推进特性的影响，本文定义了叶顶间隙系数τ,设计了六种不同叶顶间隙系数模型并使用Ansys进行仿真分析，最终得到叶顶间隙对于喷水推进泵内流以及推进特性的影响规律。结果表明：随着叶顶间隙系数的增大，叶顶间隙处泄漏流逐渐增加，泄漏涡影响范围变大，轴向推力随着叶顶间隙系数的增大呈负指数下降，叶顶间隙处泄漏量随指数上升，喷水推进泵内流损失增加，推进效率持续减小，并且在大流量工况下叶顶间隙对喷水推进泵推进特性影响最大，在设计的六套模型中，叶顶间隙系数为0.08,叶顶间隙为0.16mm时效率最高。通过本文的研究可以发现，叶顶间隙对于喷水推进泵内流以及推进特性影响较大，在设计时应尽量减小叶顶间隙。     

内流近壁区非定常等离子体的流动控制机理

为了揭示非定常等离子体激励在压气机内流近壁区的流动控制机理,建立了等离子体激励流动控制的计算模型,采用基于shear stress transport(SST)湍流模型的尺度自适应雷诺平均/大涡(RANS/LES)混合模拟方法进行非定常数值模拟,研究了非定常等离子体激励的耦合作用机理。结果表明:机匣近壁区转子吸力面流动分离导致叶顶泄漏涡破碎并触发转子内部流动失稳。非定常等离子体激励与机匣近壁区流场相互作用产生诱导涡,诱导涡与叶顶泄漏涡发生耦合作用,促使叶顶泄漏涡产生周期性的振荡,抑制叶顶泄漏涡向转子前缘移动,机匣近壁区流场抵抗逆压力梯度的能力增强,有效地抑制转子吸力面流动分离,与定常等离子体激励相比流动控制效果更好。     

叶顶间隙对某涡轮级流场及气动性能影响的数值研究EI北大核心CSCD

采用数值模拟方法,对某涡轴发动机高压涡轮的其中一级进行了三维流场计算,通过对比分析均匀和非均匀间隙条件下的流场和气动参数分布,探讨了不同间隙形式时的叶顶泄漏流动情况、以及流场变化对涡轮级气动性能的影响。结果表明:随着间隙高度的增加,叶顶泄漏高损失区与上通道涡高损失区相结合,新的大尺度分离结构形成引起损失增加,当间隙高度为1.2 mm时的总效率降幅达到5个百分点;前缘附近间隙增加对损失的不利影响要小于尾缘,降低尾缘附近的间隙高度至0.3 mm可以有效提高总效率约1个百分点;通过控制叶顶不同区域的间隙高度,可以对间隙内泄漏流体速度进行有效控制,减小间隙内堵塞从而提高总性能。     

汽轮机动叶栅内泄漏流动特性及损失分布

针对汽轮机间隙蒸汽泄漏的注入对动叶栅气动性能和损失的影响,以带有叶顶和静叶环汽封的某汽轮机高压级模型为例,分析不同汽封齿顶间隙下汽轮机动叶栅内泄漏蒸汽与主蒸汽的掺混作用、高损失区域体熵增率的变化规律和对轴功率和级效率的影响。结果表明:泄漏蒸汽的影响区域主要集中在叶片的吸力面附近,且泄漏蒸汽流经动叶通道时,其影响范围不断向叶中扩展。高损失区域沿径向集中在上、下叶端附近;沿轴向集中在动叶吸力面中部和叶片前缘处。随蒸汽泄漏量增加,高损区损失量越大,在叶片径向和轴向上的影响范围越大。在齿顶间隙增加时,由叶顶和静叶环漏汽分别导致的动叶栅高损失区的变化趋势相反。汽封齿顶间隙扩大至设计尺寸2倍,级功率下降约1.06%,级效率下降约1.49%。     

攻角和端壁滑移对凹槽叶顶间隙流动传热的影响

以某燃气轮机高压涡轮动叶为研究对象,在主流雷诺数为9×104条件下,对进气攻角分别为-5°,0°,5°以及端壁有、无滑移时的凹槽叶顶旋涡结构和换热系数进行了数值模拟及实验验证。结果表明:压力系数模拟计算结果与实验数据吻合较好,说明本文数值模拟结果有效;无端壁滑移时,叶顶靠近压力面侧前缘产生的泄漏涡向吸力面和尾缘同时发展,叶顶换热系数沿叶型中弧线方向减小;端壁滑移缩小了泄漏涡尺度,泄漏流均匀地从压力面流向吸力面;叶顶换热系数沿垂直于弦长方向减小;端壁滑移虽然降低了间隙内泄漏流速度,但却使叶顶平均换热系数略有增大;端壁滑移使3种攻角的叶顶最高换热系数分别降低了7.5%,8.1%和19.2%;攻角从-5°变化到5°,端壁滑移和无滑移时的最高换热系数分别降低了14.9%和22.4%,无论端壁有无滑移,叶顶平均换热系数均降低了约11.8%。     

多级轴流超临界二氧化碳透平气动设计及仿真分析

透平是超临界二氧化碳（S-CO₂）布雷顿循环系统的核心部件，目前主要面临效率低的问题。本文针对1台4级轴流S-CO₂透平进行气动设计，并对透平内部流动进行了三维数值模拟分析。结果表明，动叶叶顶间隙泄漏流是影响透平流动和性能的主要因素，泄漏流不仅会与叶片通道主流相互作用，还会影响下一级静叶流动，在入口产生较大攻角，引起静叶叶顶吸力面前缘和压力面喉口部的流动分离，并影响下游动叶叶顶端流动，导致泄漏流强度随级数累积增强，降低透平效率。根据流动仿真分析结果对透平进行了改进设计，使透平效率显著提高，达到84.44%。     

叶顶间隙对涡轮转子叶栅损失发展与分布的影响

应用五孔微型测针详细测量了由栅前至栅后１９个测量面及叶顶间隙中分面内的气动参数分布,并采用墨迹技术显示了端壁和叶片表面流谱,研究了损失沿流向的发展。实验结果表明,叶顶间隙不仅产生漏气损失,而且由于泄漏流与端壁横流之间的相互作用,引起上半翼展流动损失迅速增长。这一现象由叶片进口边发生,一直延续到叶栅的远下游。图９参７     

叶顶开槽对轴流风机性能影响的数值研究

适当改变动叶叶顶结构可有效改善轴流通风机的性能。以OB-84型动叶可调轴流风机为对象,采用Fluent对不同叶顶方案下的风机性能进行三维数值模拟,分析不同叶顶结构对间隙内部及其附近流场和损失分布的影响。研究表明:叶顶开槽长度、型式及开槽部位对风机性能均有明显影响,开槽后风机的全压均低于原风机,而效率却得到不同程度的提高;叶顶凹槽扰乱了间隙内流场涡量场的分布,阻碍了泄漏流的发展,削弱了泄漏流与主流的掺混,并使泄漏损失减少。总体而言,叶顶双凹槽下风机具有最优的气动性能,设计流量下风机效率提高了1.05个百分点。     

混流式水轮机跨尺度流道内复杂湍流的数值模拟

由于水轮机主流道和密封间隙流道空间尺度相差较大,为同时获得水轮机流道和密封通道内的流动特性以及水封间隙泄漏特性,充分考虑叶道流和间隙流的相互干扰,采用非一致网格界面插值技术以及基于Vreman亚格子模型的全局动态大涡模拟方法,不仅得到主流道内速度、压力以及涡量的分布,同时捕捉到了微通道间隙内的流动特征以及不同间隙宽度对密封渗漏流动特性及顶盖压力分布的影响。计算结果表明,主叶道内的强旋拧涡带,密封间隙内旋涡结构以及尾水涡带都直接影响转轮的动态平衡,流体从间隙进入梳齿空腔后产生很强的旋涡而耗散部分动能,而且不同尺度密封间隙流道内产生的旋涡结构不同,耗散能量差异较大,反映出密封渗漏流量的不同。     

基于OpenFOAM的离心压气机流场数值研究

基于开源平台OpenFOAM建立离心压气机数值计算程序,分别使用SSTk-ω和Spalart-Allmaras两种湍流模型对带无叶扩压器的离心压气机进行了全流道数值模拟,从压力、速度、熵产等多个角度分析了离心压气机内部流场特性,探究了不同湍流模型对数值模拟结果的影响。结果表明:SST k-ω能更好地反映二次流、涡流、流动分离等现象,Spalart-Allmaras湍流模型中叶轮射流-尾流影响较大;由间隙泄漏流引起的低速区从叶顶前缘逐步发展到叶顶尾缘,最后进入无叶扩压器进行增压降速,形成了流动损失,降低了离心压气机效率;离心压气机内部高熵区主要集中在轮盖侧,轮盘侧相对于轮盖侧熵值较小,离心压气机流道内部熵值随叶高增加而增加。     

间隙空化对贯流式水轮机压力脉动特性的影响

许多贯流式水电站机组振动严重、噪声大,部分电站难以正常运行.目前的贯流式水轮机稳定性研究多侧重于转速频率和涡带频率,对高倍转速频率压力脉动危害性及其成因关注较少.本文将空腔危害水力机械稳定性理论应用于灯泡贯流式水轮机间隙空化研究,采用理论分析和原、模型试验验证相结合的方法,论证分析了间隙空化和高倍转速频率压力脉动的联系...     

超低负荷工况下大功率汽轮机低压缸内温度场分布特性研究

超低负荷下,汽轮机低压缸内的温度分布情况直接影响汽轮机的安全运行。为了更加清晰地分析蒸汽在低压缸内的温度分布特性,采用非平衡凝结流动模型、SST k-ω湍流模型对某300MW汽轮机极低负荷工况下的低压缸流场进行数值模拟,分析了整个低压缸内蒸汽流动特性、做功能力、温度分布以及近零功率时冷却蒸汽参数变化对温度场的影响。结果表明:汽轮机在30%机组热耗验收工况(turbine heat acceptance,THA)时,末级动叶根部出现了回流。在20%THA左右时,末级已经出现了鼓风现象,动静叶顶部出现漩涡,温度明显上升,且此时末级做功为负功率输出。在近零工况下时,低压缸排汽温度与冷却蒸汽流量和冷却蒸汽温度呈线性变化趋势,与冷却蒸汽流量负相关,与冷却蒸汽温度正相关,因此需设置合理的冷却蒸汽流量和温度来控制末两级叶片的出口温度。研究成果可为超低负荷工况下汽轮机的运行提供参考。     

蜂窝式汽封在110 MW汽轮机通流技术改造中的应用

北京高井热电厂1、2号机组通流技术改造中,低压通流部分应用了蜂窝式汽封.通过改造解决了低压前后轴封漏汽掉真空问题,增强叶顶汽封的去湿效果,提高了机组运行的经济性和安全性.     

工况变化对贯流式水轮机叶顶间隙流态的影响

贯流式水轮机是低水头水能资源开发的主力机型之一,而转轮叶片叶顶间隙流动特性是影响其空化、稳定性能的关键因素.基于数值模拟的方法,本文研究了工况变化引发转轮叶片叶顶间隙泄漏涡初生位置、形态变化的机理,分析了间隙泄漏涡形态改变对水轮机空化、稳定性的影响规律.主要结果表明:工况变化必然伴随导叶开度变化,导叶开度的改变使得转轮...     

Computational Study on the Effect of Shroud Shape on the Efficiency of the Gas Turbine Stage

The last stages of powerful power gas turbines play an important role in the development of power and efficiency of the whole unit as well as in the distribution of the flow parameters behind the last stage, which determines the efficient operation of the exhaust diffusers. Therefore, much attention is paid to improving the efficiency of the last stages of gas turbines as well as the distribution of flow parameters. Since the long blades of the last stages of multistage high-power gas turbines could fall into the resonance frequency range in the course of operation, which results in the destruction of the blades, damping wires or damping bolts are used for turning out of resonance frequencies. However, these damping elements cause additional energy losses leading to a reduction in the efficiency of the stage. To minimize these losses, dampening shrouds are used instead of wires and bolts at the periphery of the working blades. However, because of the strength problems, designers have to use, instead of the most efficient full shrouds, partial shrouds that do not provide for significantly reducing the losses in the tip clearance between the blade and the turbine housing. In this paper, a computational study is performed concerning an effect that the design of the shroud of the turbine-working blade exerted on the flow structure in the vicinity of the shroud and on the efficiency of the stage as a whole. The analysis of the flow structure has shown that a significant part of the losses under using the shrouds is associated with the formation of vortex zones in the cavities on the turbine housing before the shrouds, between the ribs of the shrouds, and in the cavities at the outlet behind the shrouds. All the investigated variants of a partial shrouding are inferior in efficiency to the stages with shrouds that completely cover the tip section of the working blade. The stage with a unshrouded working blade was most efficient at the values of the relative tip clearance less than 0.9%.     

蜂窝式汽封在110 MW汽轮机通流部分改造中的应用

介绍了北京高井热电厂1、2号汽轮机组改造中低压通流部分应用了蜂窝式汽封的情况。阐述了蜂窝式汽封的结构特点,具体应用部位。通过改造解决了低压前、后轴封漏汽掉真空问题,增强叶顶汽封的去湿效果,提高了机组的经济性和安全性。