基于正交试验的压气机叶栅叶片式涡流发生器结构优化

为了最大程度地减弱叶栅角区分离,改善叶栅气动性能,对某高负荷扩压叶栅的叶片式涡流发生器进行了结构优化.基于正交试验设计方法,利用计算流体力学软件分别对不同位置和不同几何参数的涡流发生器进行全三维流场数值模拟,获得各组方案在设计攻角下叶栅的总压损失系数和静压升系数.并采用极差分析法研究了叶片式涡流发生器各几何参数对叶栅损失和扩压能力的影响规律以及各个参数不同水平对叶栅性能影响的主次顺序,找出性能较优的设计方案.结果表明:优化后的涡流发生器能在较宽的攻角范围内降低叶栅损失,提高叶栅的扩压能力.     

叶片倾斜对叶栅出口流场的影响

通过吹风实验,探讨了在不同径高比和外壁面扩张角的汽轮机环形静叶栅中叶片倾斜对叶栅出口流场的影响.实验结果表明:采用最佳倾斜角叶片能降低叶栅能量损失和改善叶栅出口流场的气动性能.图9参10     

串列叶栅前后排叶片周向相对位置对离心压气机性能的影响

串列叶栅前后排叶片相对位置对串列扩压器的性能有重要影响.根据离心叶轮出口气流参数设计了一离心式串列叶栅扩压器,并利用数值模拟方法在前、后排叶栅周向相对位置分别为10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%和90%时对离心压气机级进行了计算和分析,研究周向相对位置变化对离心压气机性能的影响以及作用机理.数值模拟结果表明:随着前后排叶栅周向相对位置变化,后排叶栅前缘滞止高压区相对前排叶栅的位置发生了变化,影响了前排叶栅压力面的压力分布,从而改变了前排叶栅压力分布及大小;当前后排叶栅周向相对位置为30%时,扩压器性能达到最佳,使压气机总压比和等熵效率最大,稳定工作范围增大;前后排叶栅所形成的渐缩通道可抑制后排叶栅吸力面边界层的分离.     

涡轮静叶栅二次流的数值模拟

采用CFD软件Fluent数值求解了大转折角涡轮静叶栅三维流动,分析了叶栅沿流向各截面二次流及叶栅的气动特性,并研究了叶高以及入口攻角变化对叶栅二次流的影响.计算发现,由叶栅压力面向吸力面运动的二次流强度沿流向逐渐增大,引起吸力面附近端壁附面层不断壮大且在后部卷起,并导致沿叶高总压损失系数和沿叶高出口气流角的剧烈变化.通过不同叶栅工况的比较,发现叶高的减小以及攻角的增大会极大提高叶栅的二次流损失,其本质原因都是叶栅通道内二次流所占区域的扩大所致.     

串列叶栅流场计算

本文提出一个求解串列叶栅可压缩流动的方法.将广义库塔条件同时应用于前后列叶栅尾缘确定叶栅中的流量分配和出气角.整个流场是使用超松弛算法求解流函数得出的.     

增大轴流式压气机级压比的有效途径

本文论述了沿叶片全长具有弦向割缝的轴流式压气机叶栅的研究成果,这一成果对于控制大弯度叶片附面层的分离乃是一种有效的措施.文中给出了利用有限元法预测叶栅流场的计算机程序,计算结果与测试数据吻合良好,其精确度令人满意.计算和试验表明,割缝叶栅的气流转折角比无割缝叶栅的气流转折角大5.8°左右,且叶栅性能得到改善.     

超临界汽轮机调节级导叶栅内的压力场

采用大尺度扇形叶栅作为实验模型,通过低速风洞实验研究了调节级导叶栅内的压力场.为此,在叶片表面测量了7个相对叶高静压系数沿叶型的分布,并采用墨迹显示技术,显示了叶栅壁面(包括叶片表面和上下端)的极限流线谱.实验结果表明,该叶片的叶型损失低于国内外同类叶栅.     

低转折角叶片弯曲作用的实验研究

在低速平面叶栅风洞上,对具有不同正弯曲角叶片的透平矩形静叶栅进行了吹风实验.叶栅展弦比h/b=0.68,叶片转折角θ=71°.分析了叶片正弯曲对叶栅气动特性的改善作用及减小端部损失的机理.讨论了冲角、叶片弯曲角和出口条件对叶片正弯曲作用的影响.图9参7     

最大厚度位置对高亚音轴流压气机叶型设计的影响

为了在具有不同负荷的压气机叶栅的初始设计过程中选取最大厚度位置,采用数值方法对在不同折转角的高亚音来流条件下对扩压叶栅进行了大量的系统性研究,分析了最大厚度位置、折转角以及稠度3个叶栅几何参数对叶栅变冲角特性以及对最小损失冲角下的叶栅气动性能的影响规律.基于大量叶栅样本建立数学模型,用来定量描述最小损失冲角,以及最小损...     

大转折角涡轮静叶栅二次流的数值模拟

对大转折角涡轮静叶栅三维流动进行了数值模拟,并详细分析了叶栅沿流向各截面二次流及叶栅的气动特性.结果表明:由压力面向吸力面运动的二次流强度沿流向逐渐增大,引起吸力面附近的端壁附面层不断壮大且在后部卷起,并导致沿叶高总压损失系数和沿叶高出口气流角的剧烈变化.通过对不同高度的叶栅进行比较发现,叶高的减小会扩大二次流所占叶高区域,从而导致叶栅的二次流损失急剧增加.     

NUMECA软件在超临界汽轮机调节级导叶栅流场的数值校核

采用商用软件NUMECA数值模拟了大尺度扇形叶栅内的流动状况.通过将计算结果与低速风洞实验研究测量得到的超临界汽轮机调节级导叶原型叶栅的试验数据进行对比研究,认为应用NUMECA商用软件计算叶栅绕流既能够定性地又能近似定量地反映实际流动状况.     

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.     

表面具有流向微槽的叶片叶栅气动性能分析

在综合考虑了叶片叶栅损失机理和流向微槽表面减阻机理的基础上，分析了叶片表面和叶栅端壁上具有流向微槽时叶栅的气动性能。分析认为流向微槽可以改善叶栅流道内的流动状况，起到降低叶栅损失、提高叶栅效率的作用。     

端壁相对运动对压气机叶栅间隙流场影响的数值模拟

压气机端壁与叶片间的相对运动是影响叶顶间隙气流流动的重要因素.采用数值模拟的方法考察了端壁运动对不同叶顶间隙压气机叶栅内三维流场的影响.结果表明:端壁相对运动改变了叶栅间隙流场结构,叶栅通道内出现向相邻叶片压力面运动的刮削泄漏涡,上通道涡及叶顶分离涡受到抑制,叶尖负荷增大,间隙泄漏流量增加,叶栅总损失由于叶顶区掺混损失减少而减少.     

跨音速涡轮叶栅叶型损失预测

利用中国科学院工程热物理研究所和哈尔滨汽轮机厂合建的暂冲式跨音速平面叶栅风洞,进行了3套跨音速涡轮叶栅吹风实验.在此基础上,结合近年发表的跨音速涡轮叶栅叶型损失数据,详细讨论了跨音速涡轮叶栅在设计和非设计两种工作状态下叶型损失的预测方法.在具体分析设计状态下Kacker&Okapuu损失估算模型的基础上,针对发生在进出口区域的激波损失,提出了工程上更为适用的激波损失计算方法,初步建立了跨音速涡轮叶栅在不同攻角状态下的叶型损失预测系统,为跨音速涡轮的工程设计提供了较为可靠的基础性支持.     

涡轮平面叶栅变几何试验研究

通过建立变几何平面叶栅试验台,测量了平面叶栅在不同安装角下的叶片表面静压分布、出口总压分布和出口气流角.详细分析各种气动参数随叶片安装角的变化规律,并将试验测得的叶栅各种损失随转角的变化与3种损失模型的预测结果进行了比较,结果表明:在测量的转角范围内,随着安装角的增大,叶片表面扩压断明显增加,叶栅出口气流角也会随之增大,叶栅总损失不断减小.其中,叶型损失先减小后增大,端部二次流损失和叶顶间隙损失都是减小的.     

大小叶片扩压叶栅气动性能与流动结构实验研究

针对45°叶型转折角扩压叶栅及增加小叶片后组成的大小叶片叶栅,分别测量了其在设计工况及不同气流攻角下的叶栅气动性能,通过PIV实验获得了对应工况下的叶栅内部流动状态.结果表明：增加小叶片后,叶片压力面至吸力面的压力梯度明显降低,大叶片载荷降低;在设计工况下,叶栅气流落后角仍可参考霍威尔半经验公式进行计算,但偏离设计工况后,该公式存在较大误差;大小叶片叶栅的气流落后角仅在小气流攻角下明显减小,在其余工况下变化不大;不同气流攻角下小叶片对大叶片表面气流流动分离起到约束作用;在设计工况至大气流攻角工况变化过程中,叶栅扩压损失有所降低.     

超音速叶栅内激波与附面层相互作用的数值分析

通过对超音速透平叶栅流动进行详细的数值模拟,分析叶栅通道中激波与附面层的相互作用.通过对流道中静压、马赫数等参数的研究,综合分析压比和栅距的变化对叶栅中激波系、激波与附面层的相互作用的影响,并将部分模拟结果与实验数据进行了比较.     

轴向掠对涡轮静叶栅气动性能的影响

选用涡轮静叶栅作为原型叶片,通过对原型叶栅改变轴向掠角和掠高,构造不同掠型的叶片,研究轴向掠对涡轮静叶栅气动性能的影响.改型计算的掠角包括前后掠10°和30°,掠高包括10%和30%叶片高度,用CFD数值仿真软件对轴向掠叶栅的气动性能进行模拟.结果表明;与原型叶片比较,静叶栅轴向前掠增大了低能流体在端壁角区的集聚,增加了端壁横向二次流,引起损失增大,而叶展中部的损失减小;静叶栅轴向后掠减小了低能流体在端壁的堆积,减小了端壁二次流,低能流体被卷入到主流区内,减小了端壁损失,而增大了主流区的损失.     

对旋叶栅级间内流干涉的数值研究

1引言对旋叶栅级与普通的单级动静叶栅级不同之处是仅由动叶组成而无静叶,两级动叶转向相反,第二级叶轮兼备普通动静叶栅级中静叶栅的导流功能,并加给气体能量,从而具有高效、高风压及结构紧凑的特点。对旋轴流通风机是对旋叶栅级的一种典型运用,其特殊的动/动叶栅级的内流结构