“后部加载”叶型气动性能的研究

为了对具有“后部加载”叶型叶栅的气动性能进行了深入的了解,本文在环形叶栅低速风洞上对具有“后部加载”叶型的常规直叶片栅和弯叶片栅进行了吹风帝验,实验结果表明：采用先进的“后部加载”叶型和弯曲叶片较大地改善了静叶栅的气动性能。     

两套后部加载叶栅的对比实验研究

为了研究叶片前缘直径和叶片载荷分布对后部加载叶栅气动性能的影响,对两套具有不同前缘直径和载荷分布的后部加载叶栅进行了对比吹风试验。详细测量了在0°、+20°、-20°冲角下的流场参数和表面静压。实验结果表明,通过选择适当的前后缘直径及合理匹配出口逆压段长度与逆压梯度值,可以有效地减少叶栅的二次流损失,提高叶栅的变冲角适应性,使出口流场气动参数沿叶高的分布更加均匀化。     

前加载和后加载叶片气动性能的数值研究

采用数值计算的方法对后加载和前加载叶片的气动性能进行了详细的分析,研究了无扭曲的叶片与弯曲叶片的压力系数分布以及负荷分布特性,分析了后加载和前加载叶栅内总压分布规律和总压损失沿叶高的变化情况.数值计算得到的后加载和前加载无扭曲的叶片中部压力系数分布与平面叶栅试验数据吻合良好,后加载弯曲叶片和前加载弯曲叶片的近叶顶、中部和近叶根处的压力系数分布与试验数据基本吻合.     

采用后部加载叶型的国产200MW汽轮机高压级弯曲叶片的壁面静压场

将具有后部加载叶型的叶片应用于汽轮机中在我国还是一个崭新的课题,本文对采用后部加载叶型的国产２００ＭＷ汽轮机高压级弯曲叶片的壁面静压进行了详细的测量,并与直叶片进行了对比。     

具有后部加载叶型的环形静叶栅的旋涡结构

为了详细研究具有后部加载叶型的环形静叶栅的流场结构，在环形叶栅低速风洞上对具有后部加载叶型的环形弯曲叶片静叶栅上、下端壁以及叶片型面进行了墨迹显示实验，同时应用拓扑学原理分析了叶栅的壁面流谱，并据此分析提出了本实验叶栅的二次流动的拓扑示意图。     

叶片顶端跨音速叶型的气动性能分析与优化

应用流动计算分析软件CFX,对某大型汽轮机末级动叶顶部截面叶型的跨音速流动进行了数值模拟研究,分析叶栅中激波结构特征和流动损失机理.采用3阶Bezier曲线表达叶型中弧线,2阶与3阶Bezier曲线组合表达叶型厚度分布,结合Kriging代理模型优化叶型,改善气动性能.结果 表明:末级动叶顶部截面叶型气动损失主要与激波强度及其反射位置有关;叶型优化后,叶栅内激波强度减弱,相比原叶型,激波损失减少约32％,同时削弱了激波对边界层的影响,边界层损失降低约17％;优化叶型总压损失下降24％,气动性能明显提高.     

某汽轮机长叶片级静叶栅气动性能优化

采用NUMECA软件的软件包,对国产某单缸150MW汽轮机次末级(20级)进行了气动性能优化设计研究.通过优化静叶栅的三维外形,减小了动叶的分离区,改善了动静叶的气流角匹配,提高了该级的等熵效率.     

双圆弧叶型压气机叶栅气动特性的实验研究

对双圆弧叶型（DCA）压气机叶栅在低速大尺寸风洞上进行了实验研究，利用五孔束状探针对栅前、流道里和出口流场进行了详细的测量以及流场显示。实验结果表明,DCA叶栅出口近两端壁的通道涡和端壁／吸力面角区分离泡的存在，造成叶栅两端区较高的二次流损失。与CDA相比，DCA尾缘流动较差；与NACA65相比，DCA的负荷沿叶高分布不均匀。     

涡轮动叶变冲角气动负荷试验研究

在环形涡轮叶栅低速风洞上,对某型采用后部加载及正弯曲设计的高负荷动叶进行了静态吹风试验.应用五孔球型测针,详细测量了在3个冲角下由栅前至栅后7个横截面内气流参数沿叶高和节距的分布,同时对各冲角下9个不同叶高截面静压系数也进行了测量.试验结果表明,采用沿叶高改变吸力面最低压力点的后部加载叶型并结合叶片的正弯,能够在保持静压沿叶高分布均匀的条件下,显著降低端部横向压力梯度,增大主流区叶型的气动负荷.     

平面叶栅中两类叶型探针影响特性的对比研究

采用平面叶栅吹风试验方法,针对压气机叶栅中两类叶型探针（A类、B类）的影响特性进行对比研究,在整理分析原型叶栅变工况流动特性的基础上,从叶片表面等熵马赫数、总体性能参数与栅后尾迹等三个层面详细考察了两类叶型探针的影响程度及变化规律。研究结果表明：对于叶栅通道内没有激波的亚音流场环境,A类探针的综合影响程度略小于B类探针,而对于叶栅通道内会形成强激波的跨音流场环境,A类探针的综合影响程度要大于B类探针;A类探针对叶栅出口尾迹分布的扰动作用大于B类探针,预示在压气机多叶排环境下B类探针的工程适用性更好。     

气动优化设计中的进化计算

基于进化计算的气动优化设计，近年在气动设计领域特别是在透平叶栅气动设计领域得到了飞速发展。本文对这方面的研究进展及其应用进行了综述，首先给出了气动优化设计的基本概念、进化算法的基本概念和分类及其特征，介绍了基于进化计算的气动优化设计的研究现状，然后结合作者的研究工作示出了气动优化设计中进化计算的几个应用实例，用于证明进化计算在气动优化设计中的有效性，最后论述了气动优化设计技术的最新研究方向。     

单级离心压气机气动性能预测与优化设计

为了提升低转速工况下压气机的气动性能,采用人工神经网络与遗传算法相结合的优化方法对某单级离心压气机离心叶轮的弯特性进行优化计算。利用NUMECA软件对该离心压气机进行了不同转速的数值模拟,得到压气机不同工况下的气动性能。通过设置不同控制参数和曲线形式对离心叶轮叶片进行参数化拟合,以8个改变叶片弯特性的参数为自由参数进行了叶型优化设计,最终得到了优化后的叶轮叶片。结果表明:优化后在低转速的设计工况下离心压气机压比增加了4.69%,稳定裕度拓宽了17.41%。     

某型低压压气机气动设计

采用以试验为基础的二元方法配之三元校算,设计出了性能优良并满足预定技术要求的某型低压压气机。全台试验结果表明,这台压气机未经调整,其流量、压比、效率已经达到了设计指标,优选工作点后性能更佳,压气机低工况性能好,有可用的稳定工作范围,出口流场均匀。     

襟翼结构对风力机翼型性能的影响及优化设计

为了研究襟翼结构对风力机翼型气动性能的影响,选用NACA0012翼型,建立了翼型加装襟翼的二维计算模型,使用计算流体力学软件Fluent求解定常、不可压缩雷诺平均的N-S方程和Spalart-Allmaras单方程湍流模型,分析了典型的NACA0012翼型添加不同几何形状襟翼在0°~18°攻角α范围内的气动特性。通过计算表明:在风力机翼型上添加不同结构襟翼,能够提高翼型的有效升力系数,添加同样高度和厚度的三角形襟翼比添加矩形襟翼时的升力系数要大,而阻力变化甚小;因此,选择适当的几何形状襟翼不仅能起到增升效果且能相应的节省材料从而改善其经济性。     

某1 MW水平轴风力机叶片气动设计及载荷计算

基于片条理论,考虑了叶尖损失、叶根损失、叶柵影响和重载荷下对片条理论参数修正的情况下,完成了某1 MW水平轴风力机叶片的气动设计,并对其气动性能进行了评估;最后根据IEC规范对叶片在不同风况状态下进行载荷计算,所得结果可为同类风力机气动设计和结构设计提供参考。     

变几何涡轮对涡轮气动性能的影响研究

针对自由涡轮导向器叶片可调的多级轴流涡轮进行气动性能研究。结果表明:通过改变自由涡轮导向器叶片角度可以调节多级涡轮的流量、效率、膨胀比分配和功率分配,自由涡轮导向器叶片角度变化对涡轮流场和各级静叶损失产生明显的影响。     

舰船大功率轴流压气机气动设计研究

基于建立的舰船大功率多级轴流压气机气动设计体系,开展了舰船用某型大功率燃气轮机压气机设计研究,完成了6级轴流压气机的气动设计。进行了一维反问题设计、一维特性计算分析、S2反问题计算、叶片造型以及三维CFD计算分析。各级载荷分布从前面级到后面级逐渐降低,叶展方向按照等压比分配以避免径向掺混损失过大,S2设计并没有严格遵循传统的设计规律(等环量、等反动度等),而是基于一维设计方案通过不断调整优化获得的。根据CDA的特点,开发了可用于工程应用的叶片造型程序,可实现不同中弧线、不同厚度分布调节,能够实现叶片弯、掠等功能。三维数值模拟结果表明,考虑动叶叶顶具有0. 5 mm间隙的情况下,6级压气机设计点效率达到89. 75%,设计转速下的喘振裕度为22. 5%,同时具有较好的变工况性能。     

某调节阀气动及振动噪声性能研究

为了降低汽轮机低工况运行时调节阀的振动噪声,设计一种多级节流调节阀,在汽轮机低工况运行时使用。采用吹风试验的方法对所设计调节阀在不同工况下的流量、振动、噪声多种特性进行了分析,得到其随着升程、压比的变化规律。选取某3个常用汽轮机调节阀与所设计调节阀进行对比试验,根据试验系统实际情况,以相同压比约0.5、相同质量流量约0.5 kg/s为基准进行了横向对比分析。结果表明：压比一定条件下调节阀的流量系数随着升程的增大而逐渐增大,升程一定条件下流量系数随着压比的增大呈现逐渐减小的趋势;在升程一定时,随着压比的增大,机脚加速度值呈现先减小后逐渐增大的趋势,调节阀受低频激励的影响较小,受中高频激励的影响较大;在压比为0.5时,随着升程的增大,调节阀的空气噪声值逐渐增大,压比大于0.5时,空气噪声值随着升程的增大而呈现先增大后略有减小的趋势,在升程一定时,随着压比的增大,空气噪声值基本呈现了逐渐减小的趋势;所设计的多级节流调节阀与某3个常用汽轮机调节阀相比在振动噪声抑制方面具有相对优势。     

透平叶片的气动优化设计系统

发展了一个叶轮机械叶片全三维粘性杂交问题的气动优化设计系统。该系统包括分析技术与组合优化技术的耦合：前者基于高精度、鲁棒型的数值分析方法，已成功地用于蒸汽透平叶片的流动分析．并经详细考核已将其纳入到了实际的叶片气动设计体系；后者基于优秀的iSIGHT商用优化平台．通过对多种优化方法的集成从而发展了组合的叶片全三维气动优化策略。数值结果与试验数据的比较表明了这一气动优化设计系统真正纳入到工业设计体系是完全可能的。     

小型变桨距风力机的气动优化设计

基于叶素动量理论分析了小型风力机的气动性能分析模型,并提出了叶片的气动优化设计方法.结合叶片制造和应用中的实际要求,设计了10 kW小型变桨距风力机叶片的气动外形.计算结果表明,设计叶片具有良好的气动性能,验证了该设计方法有效实用.