排汽缸与末级叶片耦合流动的整周数值模拟

使用CFD数值模拟软件CFX对某型号汽轮机的低压排汽缸和末级叶栅耦合流动进行整周数值计算。与单独计算排汽缸流场相比,排汽缸和末级叶栅耦合计算考虑了末级排汽对排汽缸内流场的影响。耦合计算的叶栅流道计算域可以采用单通道建模,也可以采用整周建模。与单通道叶栅建模相比,整周耦合计算能够减小周期性交界面引起的参数传递误差。因此,整周耦合计算能够模拟出更接近实际应用的排汽缸进口压力和速度分布,从而获得更加准确的排汽缸内流动情况,进一步提高排汽缸性能预估的准确度。     

遗传算法在奇点法设计平面叶栅中的应用

提出了一个基于小生境遗传算法的平面叶栅优化设计方法，该方法利用奇点分布法设计无厚翼型初始骨线，在最大厚度一定的条件下，采用NACA－0012型空气动力翼型的厚度分布规律对已知骨线进行加厚得到翼型，从而得到平面叶栅，然后通过遗传算法使平面叶栅表面边界层中的流动损失最小化，以此搜索最佳的骨线形状，已知叶栅的流场分析由一个基于边界元的程序完成，假定总损失与叶栅表面边界层中的流动损失成正比，该损失可通过积分法计算叶栅边界层得到。将该方法应用于ZZ440叶栅的设计，结果显示是有效和可行的。     

缩放叶栅内高速凝结流动特性的数值研究

对汽轮机缩放叶栅内高速凝结流动进行初步的数值研究。气液两相采用NS方程求解,自发凝结液相凝结过程应用多阶复合参数积分方法求解。采用密度梯度等值图作为数值纹影图,显示了激波系和尾迹涡流的分布与强度。模拟得到了过热蒸汽流动和自发凝结流动中压力、马赫数、激波系流线分布情况以及叶栅的气动参数。分析了凝结过程对流动的影响,数值结果表明:汽轮机缩放叶栅中的凝结过程会使尾缘附近吸力面的边界层分离,增加尾迹流的紊乱程度,改变了叶栅的出口气流角,使流场恶化,对通流能力和做功能力均造成影响。     

基于组合优化方法的平面叶栅优化设计

采用奇点分布法与贝塞尔(Bezier)曲线参数化方法相结合的平面叶栅设计方法进行叶栅的初步设计与参数化表达。该方法在完成设计的同时为基于现代优化算法的叶栅粘性流动最优化设计提供设计变量,以实现叶栅翼型的变形控制。然后结合N-S方程流场数值模拟,采用多目标遗传算法(NCGA)和序列二次规划法(NLPQL)组合的优化算法,通过调节叶栅翼型的形状控制参数对叶栅的总压损失和空化性能进行了优化。结果表明,优化效果良好。     

基于遗传算法的平面叶栅优化设计

本文提出了一个基于遗传算法的平面叶栅优化设计方法。该方法利用奇点分布法设计无厚翼型骨线，然后通过遗传算法使叶栅表面边层界面的流动损失最小化，以此搜索沿骨线最佳的厚度分布规律，厚度分布被参 数化表示。已知叶栅的流场分析由一个基于边界元的程序完成。将该方法应用于ZZ440叶栅的设计，结果显示是有效和可行的。     

采用完全三元设计叶片提高汽轮机效率

<正> 最近,透平机械内部流动分析的发展引人注目,采用了非粘性且完全三元数值计算。以往的准三元计算方法,是对子午面和叶栅间的流动情况分别进行分析的。而完全三元计算方法,则是用微小的立方体把内部流场区分开来,能对子午面和叶栅间的流动情况进行综合的分析,因而能更高精度地预测流动的情况,这对于设计叶片是极为有效的。三菱重工、长崎研究所、高砂研究所通过计算和试验对完全三元叶片进行了分析,特别是确认了弓型三元叶片能够提高汽轮机的效率,并已应用于实机。下面介绍完全三元叶片的试验方法、三元效果和实机应用例。     

超临界二氧化碳涡轮叶栅端壁附面层分层流动现象研究

为了深刻揭示涡轮叶栅湍流附面层中的黏性底层和对数律层在叶栅内分层流动的特征,本文以超临界二氧化碳涡轮高压静叶栅下端部为研究对象,采用ANSYS CFX软件基于雷诺时均NS方程和sst湍流模型对叶栅流场进行数值模拟,通过采用流谱分析和流向涡量分析方法进一步研究不同轴向和周向截面上的端部附面层流动细节,揭示了黏性底层流体和对数律层流体在叶栅内分层流动的机理。结果显示:超临界二氧化碳静叶栅端壁附近微小区域内不同径向高度回转平面的流谱存在明显差异,该差异表明湍流附面层内的黏性底层、对数律层和主流流体的运动轨迹各不相同,叶栅端壁附面层内存在分层流动现象;黏性底层流体和对数律层流体在通过叶栅流道时获得了相反的流向涡量,这一特征与叶栅内的涡系形成有关。     

等离子体气动激励抑制高负荷压气机叶栅流动分离的实验研究

为揭示等离子体气动激励抑制高负荷压气机叶栅流动分离的作用效果和主要影响因素,在不同流场和激励条件下开展了等离子体流动控制的实验研究,介绍介质阻挡放电等离子体的产生原理与放电图像,利用栅后压力分布分析研究叶栅内部流场结构以及等离子体激励的变化规律和主要影响因素。结果表明：等离子体气动激励抑制附面层流动分离的作用效果随气流...     

水轮机固定导叶和活动导叶内部流动分析——二维双列环列叶栅的势流绕流计算

一、引言叶栅绕流问题是水轮机设计和分析中的一个基本问题。叶栅绕流计算能为设计的优化提供有用的信息,它是减少模型试验、扩大选型范围、预测流场各种效应的有效手段。叶栅绕流计算的方法很多,早期应用保角变换法、奇点分布法等进行计算;随着计算机和数值法的发展,差分法和有限元法已被普遍应用。差分法较简便,并能灵活选择具有各种性能的格式,但对不规则边界的处理较困难。有限元法能处理不规则边界,但计算较复杂,计算耗费机时也较多。     

汽轮机低压缸零出力流动与温升特性数值研究

小流量下汽轮机低压缸末级内部流动与温升现象十分复杂,为火电调峰与低压缸零出力改造带来挑战。为此,以某电厂汽轮机低压缸为研究对象,建立了低压缸五级叶栅单通道流场计算模型,数值研究了不同工况下低压缸工作性能、流动结构与温升特性。结果表明：当低压缸通流流量降低至设计工况的3.84%时,低压缸无法输出功率;流量很小时,低压缸进入鼓风状态,末级叶栅出现下端壁分离区、静叶分离区、机匣环面涡、末级动叶涡等流动结构,且在末级叶栅转-静间隙叶顶位置出现显著鼓风加热现象;流量降低至设计工况的2.23%时,末级静叶、动叶表面平均温度分别升高219.6 K与243.7 K。鼓风状态下,低压缸工作性能、内流结构均会发生显著变化,末级叶栅内温度升高使叶片工作环境恶化,机组小流量运行需对其加以考虑。     

水泵水轮机导叶卡门涡数值模拟研究

利用数值模拟方法,模拟水泵水轮机不同工况下,导叶出水边的卡门涡现象,揭示导叶下游侧流场涡量分布、导叶出水边附近卡门涡流动状态和流场脱流等。提取监测点速度变化曲线和导叶壁面垂直流向合力变化曲线,通过数据处理,获得水轮机工况和水泵工况,导叶出水边卡门涡频率分别是84.9Hz和53.3Hz。通过对比分析,证明利用经验公式计算得到的卡门涡频率存在较大误差,而数值模拟方法具有较高计算精度。研究结果对水泵水轮机导叶设计、避免发生卡门涡共振问题具有一定指导意义。     

汽轮机叶栅气动性能分析研究

借助于现代计算流体动力学(CFD)技术，通过求解雷诺时间平均应力的Navier-Stokes方程，数值模拟了北京重型电机厂100MW汽轮机末级动叶片中间截面的跨音速叶栅的实际流动。为了计算黏性系数，引入了Baldwin-Lomax代数湍流模型。差分方程中对流项采用二阶中心差分格式，黏性项采用一阶迎风格式；为了光滑地捕捉激波，附加具有正系数的二阶人工黏性项；为了抑制数值解的奇偶失联振荡，附加具有负系数的四阶耗散项。时间推进采用二步Rung-Kutta法。流场计算结果表明生成的网格是可行的，计算结果与实验值吻合得较好。     

级间抽气对多级轴流压气机性能及流场影响的数值研究

以某发电用多级轴流压气机为研究对象,利用三维数值模拟方法对比抽气压气机及未抽气压气机,研究级间抽气对压气机总体性能及叶栅流场的影响。结果表明,级间抽气对整个压气机的总体性能有较大影响,对抽气口上游叶栅后半段特别是靠机匣区域影响较大,叶栅进口高速区域面积明显增大,下游叶栅机匣 S1流面整体压力下降,上游叶栅低压区域明显下降且低压面积增大。     

基于人工神经网络和遗传算法的动叶可调轴流风机后导叶数值优化

以自主设计的单级动叶可调轴流风机模型为研究对象,建立了基于人工神经网络和遗传算法的三维气动优化设计模型,在设计点对后导叶进行三维气动优化生成优化叶型,并运用全通道三维数值计算方法对后导叶优化前后的风机整体性能进行数值模拟。模拟结果表明:与原始叶型相比,设计点优化叶型风机效率提高了1.1%,风机全压提高了2.1%;非设计点风机效率提高了8.6%,风机全压提高了20.3%。通过进一步对叶轮级内部流场分析可知,无论是在设计点还是在非设计点,优化叶型较原始叶型不仅表现了更强的抗气流分离能力,而且能够有效抑制叶栅通道内低能流体团的径向迁移,因而优化叶型显著减少了叶栅通道内部的流动损失。     

水轮机座环与导水机构流态研究的边界元法

本文用直接边界元法数值模拟水轮机座环和导水机构的双排环列叶栅内的不可压流体的流动。建立了双排叶栅绕流的边界元方程,把周期性边界条件和Kutta条件引入到方程中,实现了Kutta条件的非迭代计算的自动满足,节省了计算时间,计算结果与有关解析解及试验数据吻合较好。     

轴流式水轮机叶片进口边优化

基于平面叶栅设计方法进行叶栅的初步设计与参数化表达的基础上,对水轮机叶片的进口边进行优化设计。该方法结合N-S方程流场数值模拟,采用NSGA-Ⅱ多目标的优化算法,通过控制叶片轴向和周向两个变量的变化进行优化。结果表明,优化效果良好。     

大型电站锅炉内流场数值计算技术的研究

采用k—ε双方程湍流模型、QUICK格式、CIMPLE算法和非均匀交错网格系统，对W型火焰锅炉燃烧室三维冷态流场进行了数值模拟，绘出了典型截面的流场图和速度分布图，揭示了W型火焰锅炉燃烧室内流动的主要特性。计算实例表明，将QUICK格式和CIMPLE算法同时应用于湍流回流的数值模拟，可以在保证较高数值模拟精度的情况下兼顾数值模拟速度。     

雷诺数对低压涡轮气动性能的影响分析

为了深入掌握雷诺数对低压涡轮端区流动的影响,采用Transition SST转捩模型,对雷诺数为0.6×10~5～3.0×10~54种工况下的低压涡轮流场进行数值模拟。结果表明,采取的数值模拟方法能较准确的描述低压涡轮内部流动,在低雷诺数条件下,吸力面后部附面层易发生分离,且分离泡尺寸较大。随雷诺数的降低,叶栅出口截面的总压损失逐渐增加,损失平均值及高损失区面积的增加幅度均呈现非线性增长趋势。吸力面后部附面层分离区是低能流体聚集区,是流道内总压损失迅速上升的主要原因。通道涡流出流道后继续发展,与尾迹旋涡共同构成了叶栅下游区域损失持续增长的主要来源。     

亚声速吸附式叶栅抽吸腔体设计的研究

针对一低速吸附式静叶栅的抽吸腔体的内部流动,通过改变不同截面的通流面积以期提高吸附式叶栅的气动性能。采用了数值模拟的研究手段,结果表明,腔体的几何改变并不会影响叶栅的主流性能,变截面的腔体几何会导致吸附式叶栅抽吸耗功增加。     

气相体积分数对导叶式离心泵内压力脉动的影响

为研究动静叶栅内气液两相流动所引起的压力脉动特性,采用延迟分离涡DDES(Delayed Detached-Eddy Simulation)与Mixture多相流模型相结合的数值模拟方法,对带有径向导叶的离心泵进行了全流场非定常数值计算,得到不同气相体积分数下,动静、静静交接面、导叶和蜗壳内的压力脉动情况,并对比气相体积分数Cv=0.05时非定常数值模拟与试验的性能曲线.结果 表明:各监测点在不同含气量下压力幅值随时间呈周期性变化,静压值随着气相体积分数的增大而减小,压力脉动主频都等于叶频.动静(叶轮与导叶)交接面至静静(导叶与蜗壳)交接面间周向区域内,出现了局部低压区.从转轴中心沿径向方向压力脉动幅值降低.随着含气量的增大,导叶内压力脉动频域范围增大,流动开始出现紊乱,蜗壳内隔舌处的压力脉动高于其他位置.