某重型燃气轮机DLN燃烧室数值模拟-热态分析

数值模拟是开展燃气轮机燃烧室性能分析的重要手段。本文通过外形3D扫描与内型工业CT扫描构建了某重型燃气轮机天然气DLN燃烧室的完整几何模型。通过对该完整三维建模进行高质量网格划分,并综合燃气轮机循环分析给出的工况参数,开展了数值模拟分析。本文热态模拟了燃烧室内流场、温度场及组分场,发现该型燃烧室喷嘴布置方式存在中心区域不能完全燃烧的风险。研究方法与结果可为燃气轮机DLN燃烧室的分析与设计提供参考。     

基于逆向工程的涡轮冷却叶片三维建模及数值模拟

针对典型涡轮冷却叶片,利用工业CT扫描、3D激光扫描、相关点云处理软件和三维建模软件,重构三维模型,进行高质量的网格划分,合理设置边界条件,对涡轮一级动叶进行气热耦合数值模拟分析.结果 表明:该一级动叶叶身温度分布均匀,最高温度约935 qC,低于材料可承受的温度,出现在前缘叶顶处,为涡轮叶片冷却结构的优化设计提供参考...     

基于F级燃气轮机透平转子的热分析数值模拟

以某型F级燃气轮机透平转子为研究对象,采用适用于透平转子热分析的物理建模方法,通过增加部分动叶和隔板结构,准确模拟透平盘顶部的热量传递。应用ANSYS软件完成了透平转子换热和热-结构耦合的数值模拟,确定了工程上透平转子热分析的流程及相应的收敛准则,具有较高的工程应用价值。     

某重型燃气轮机DLN燃烧室数值模拟-冷态分析

数值模拟是开展燃气轮机燃烧室性能分析的重要手段。本文通过外形3D扫描与内型工业CT扫描构建了某重型燃气轮机天然气DLN燃烧室的完整几何模型。通过对该完整三维建模进行高质量网格划分,并综合燃机循环分析给出的工况参数,开展了数值模拟分析。本文冷态模拟了燃烧室内流场、组分场,分析了空气流量分配特性、主喷嘴燃空掺混特性、速度场分布、总压恢复系数等。结果可为燃气轮机DLN燃烧室的分析与设计提供参考。     

基于热流固耦合分析的重型燃气轮机透平高压叶片寿命研究

先进高效的重型燃气轮机透平高压叶片工作在高温、高压、高转速的严苛环境中,为了评估其安全可靠性,本文基于三维稳态粘性Navier-Stokes方程,考虑气动与热物理场的耦合,运用共轭计算技术和SST湍流模型建立了具有完整内外冷却结构的某燃气轮机高压透平叶片热流固耦合分析模型和寿命分析模型,获得了叶片温度分布及相应的应变应力场,并详细分析了叶片上热障涂层和金属基底的寿命状况。研究结果对理解和掌握先进的燃气轮机透平叶片设计技术具有重要参考意义。     

燃气透平第一级叶片燃气侧的流动与换热特性研究

对某重型燃气轮机透平第一级叶栅通道内无气膜冷却下的三维黏性流动与传热特性进行了数值模拟,对比了不同来流湍流度对叶片燃气侧流动与换热特性的影响,分析了静叶非定常尾迹对动叶换热特性的影响.结果表明:来流湍流度对静叶表面的换热特性有明显的影响,但对动叶表面换热特性的影响很小;静叶尾迹对动叶表面的换热特性影响较大.     

内部结构对空冷叶片换热性能的影响

为了深入了解空冷透平动叶的冷却机理和冷气流动特性,时某型燃气轮机透平动叶进行了气-热耦合数值模拟.结果表明,叶片端部气膜孔可以促进冷气在蛇形通道中的流动,改善冷却效果;涡流矩阵通道中子通道的宽度与高度比减小会加大涡流矩阵通道中的流动阻力,冷气在涡流矩阵通道中能得到更充分的利用,而对尾缘的冷却能力会下降,致使尾缘温度升高,因此其高宽比与冷气进口条件存在一个最佳组合关系;涡流矩阵通道结构与叶尖之间的间隙会降低冷气的利用率.     

F级燃气轮机透平末级动叶颤振特性分析

介绍了一种燃气轮机透平叶片颤振分析的方法,以F级燃气轮机透平末级动叶为研究对象,采用该方法分析了其在设计工况以及全速空载2个典型工况下的颤振特性,同时考虑了叶片表面金属涂层以及阻尼结构对颤振特性的影响。研究结果表明,该型透平叶片的气动阻尼值为正,叶片无颤振风险。涂层及阻尼结构对提高最小气动阻尼有积极作用,可以改善叶片颤振特性。研究成果可为透平末级动叶进一步优化时的安全性评估提供参考。     

向心透平内部流动的数值分析及叶轮的改进设计

本文对一微型燃气轮机向心透平内部的三维流场进行了数值研究。在流场模拟的基础上对原结构的内部流场进行了分析探讨,指出原设计中可以改进的地方并成功的对叶轮进行了改进设计,使向心式透平效率提高了二点几个百分点。     

带有冷气掺混的三级透平气动性能数值研究

借助NUMECA数值仿真软件,以某型燃气轮机的三级透平作为计算模型,对其在冷却气体掺混前后的流场进行了数值模拟。考虑到工质物性的影响,采用了变比热高温燃气作为计算工质。同时,针对燃气轮机透平进口的变工况问题,选取不同的透平进口总压值进行数值计算。结果表明,冷却气体的加入使得级损失增大,每列叶片流道出口速度或相对速度减小,下游叶片进口气流角减小;在三级透平冷气掺混时改变进口总压值,每列叶片流道的进口气流角几乎不变,除第三级动叶的激波损失与尾迹损失增大外,其余叶片流道的能量损失变化不明显。     

大型燃气轮机透平冷却空气量估算

大型燃气轮机透平冷却空气量一般难以直接获得。本文从燃机总体物质与能量平衡的角度,结合透平一级静叶的冷却模型,给出了一种估算大型燃气轮机冷却空气量的方法,并对GE公司系列燃气轮机和西门子公司V94．3燃气轮机冷却空气量进行了估算。结果表明采用本文的方法估算的燃气轮机透平冷却空气量是合理的。     

三级燃气透平进口热斑迁移路径分析

采用三维非定常数值方法对不同时序位置的进口热斑在三级透平叶栅通道内运动路径和影响范围进行分析。结果表明:热斑在三级透平通道内的迁移路径较为稳定;经过三级透平流道的折转,正对通道中心和正对叶片前缘的热斑周向偏移了约38°;动叶出口处热斑以动叶通过频率沿周向摆动;热斑的周向影响范围逐渐增大。     

基于数值优化的跨音速压气机动叶三维设计

实验验证了三维粘性流场求解程序,然后采用基于梯度法的数值优化程序对跨音压气机动叶积叠线进行优化设计,得到了弯掠结合的三维叶片,并对其进行了数值模拟及详细的流场分析.结果表明采用弯掠的三维动叶可以有效的改变叶片排内三维激波结构,降低尾迹损失,显著提高动叶的整体绝热效率,并使动叶具有更加良好的变工况性能.     

太阳能热发电系统中透平膨胀机的性能研究

对典型槽式太阳能热发电系统中的关键设备径流透平膨胀机的气动特性开展研究。设计指定工况下径流透平膨胀机的几何结构并对其内部流场进行数值分析,获得膨胀机在设计工况及非设计工况下的性能特性。研究发现,设计的径流透平膨胀机可满足工作要求,流道中流体整体流动良好,动叶轮压力面处存在较差的流动;在较大的转速(85%n~120%n)与较大的膨胀比(80%π~120%π)的工作区间内,设计的径流透平膨胀机的等熵效率能够保持在79%以上,可以满足变工况的运行要求。研究结果对太阳能热发电系统中的径流透平膨胀机的设计及应用提供参考。     

PG9171E型燃气轮机通流部分的升级改造及其性能分析

针对PG9171E型燃气轮机的压气机排气通流部分和透平动静叶实施节能改造的分析和研究,将原有的燃气轮机压气机排气内缸蜂窝式气封、#2轴承前后迷宫式气封更换为新型刷式气封。同时,将透平一级复环更换为可磨涂层结构,三级动静叶更换为全三维结构。改造后的燃气轮机漏气量大幅减少,机组整体效率和运行性能得到显著提高。本措施对同类型燃气-蒸汽联合循环机组的气封、复环、动静叶节能改造具有较好的借鉴意义。     

基于流热耦合的燃气轮机透平叶顶冷却设计

燃气轮机透平叶顶区域存在复杂的流动和换热问题,承受很高的热负荷。为了降低透平动叶叶顶温度,在透平叶顶现有结构的基础上提出气膜冷却和气膜+内冷通道冷却两种叶顶冷却方案,并通过流热耦合计算分析冷却升级前后叶顶区域的换热和流动特性。研究发现：叶顶气膜冷却方案可有效降低叶顶温度,特别是叶顶前缘至中弦区域;而气膜＋内冷通道冷却方案基于外部气膜冷却,结合内部冷却通道设计,可进一步降低叶顶尾缘的温度;与原型叶片相比,气膜+内部冷气通道的复合冷却设计可以使叶顶尾缘最高温度降低24 K。     

燃气轮机透平叶片流-热-固耦合分析及蠕变寿命预测

本文采用流-热-固耦合方法,对某燃气轮机透平动叶的流场、温度场以及应力分布进行了计算分析,并据此对叶片的蠕变寿命进行了计算,得到了蠕变寿命云图,发现该叶片的寿命最短点与温度最高点、应力最大点不在同一位置。相较于传统的选取温度最高和应力最大的节点作为危险点进行寿命分析的方法,对叶片所有节点进行寿命计算,形成寿命云图的方法,能更加直观准确地找到寿命最短的位置,从而更好地评估设计方案。     

机械传动机车燃气轮机装置变工况的计算和分析

本文对一般的分轴燃气轮机装置变工况特性作了分析,指出牵引(低压)透平阻塞边界,超导边界及空载边界形成的物理概念;指出采用透平可调喷咀和压气机可转导叶的分轴装置可进一步扩大和改善变工况性能。在此基础上,结合“哈尔滨汽轮机厂”7000马力高原机车燃气轮机装置变工况计算的实例,对机械传动的机车燃气轮机装置变工况的特点作了分叶和研究。     

四级轴流涡轮变工况数值分析

采用FINE／Turbo软件包,对一个四级轴流空气涡轮两种转速下的不同流量工况进行了全三维数值模拟,与实验数据进行了涡轮效率、压比以及级间参数分布的比较。结果表明,计算与实验结果在各种工况下的性能符合良好。本文还对设计流量及小流量工况下透平内的流动情况进行分析和比较,研究这两种典型工况下叶片表面极限流线图谱、间隙流动特征等的差异。分析表明,在小流量工况下,与通道涡对应的分离线住置和展向尺度都与设计工况存在显著差别,动叶顶部间隙涡的再附形式以及叶片压力面极限流线图谱也发生了较大变化。     

喷油冷却活塞传热过程的流固耦合分析

应用ANSYS Fluent软件建立发动机活塞及其冷却结构三维瞬态流-固-热耦合模型,通过燃烧计算得到燃气平均温度与平均传热系数,作为燃烧室壁面热边界;活塞及其冷却结构采用流固耦合计算,使用两相流流体体积(VOF)模型与动网格模拟活塞喷油冷却过程;通过瞬态传热数值仿真,得到活塞振荡油腔流场云图、油气分布云图、冷却油腔传热系数及活塞温度分布,与标定工况下活塞温度测试数据对比分析,研究结果表明:仿真结果与测试数据误差在5%以内,由此说明应用活塞流-固-热耦合仿真方法可以较好模拟柴油机活塞及其冷却结构瞬态传热。