叶顶开槽-小翼结构对轴流风机性能和噪声影响的数值研究

以某两级动叶可调轴流风机为对象,提出了在叶顶加装吸力面小翼并开设斜槽的新型叶顶结构,采用Fluent模拟了改型前后风机的气动性能,并引入大涡模拟得到了风机噪声和涡结构的变化,进而分析了不同叶顶结构对风机性能、内流特征、噪声及叶顶涡结构的影响。结果表明：在吸力面加装小翼后风机全压和效率均有提升,在小翼上开设顺流向斜槽后性能更优;泄漏涡和叶顶间隙为主要噪声源,吸力面小翼可有效降低风机噪声,在小翼开槽后总声压级增大;综合考虑风机性能和噪声变化,方案2为最佳改型方案,该方案下叶顶泄漏涡涡量减小,风机噪声较低,涡结构分布较为离散,大尺度涡发生破碎,涡核位置远离主流道,因此叶顶损失较小。     

叶尖小翼安装位置对轴流风机性能的影响

采用数值模拟方法建立了在压力面和吸力面分别安装宽度为2倍叶片厚度叶尖小翼的轴流风机模型,分析了叶尖小翼安装位置对轴流风机性能的影响.结果表明:压力面和吸力面安装叶尖小翼均能减小叶顶泄漏流;压力面安装叶尖小翼使叶顶泄漏涡增大,造成的气动损失增加,导致轴流风机全压和效率下降;吸力面安装叶尖小翼能有效减小叶顶泄漏涡,同时延缓其脱落,使其向远离吸力面偏移,减少造成的气动损失,使得轴流风机全压和效率提高,该轴流风机设计体积流量点全压效率提高了0.6%.     

叶顶形状对轴流风机气动噪声影响的数值研究

以某两级动叶可调轴流风机为例,采用Fluent软件对5种改进的叶顶形状下的风机性能进行了模拟,并引入大涡模拟和FW-H声学模型获得了不同叶顶形状下风机的噪声源分布和气动噪声特征.结果表明:5种叶顶形状均可有效提高风机性能,提升效果依次为逆流向斜槽、双斜槽、上阶梯叶顶和下阶梯叶顶,而顺流向斜槽仅在小体积流量下使得风机性能明显提升;叶顶形状改进后,叶顶泄漏涡的影响增强,造成叶顶区和叶片前缘噪声显著增大,为风机内主要噪声源;风机各区域的声压幅值均受显著影响,且越靠近噪声源,受影响越突出;该风机内噪声主要以中低频的旋转噪声为主,各区域噪声均在基频位置达到最大值,叶顶形状改进后声压级随频率增大发生小幅提高,频谱形态发生明显改变.     

叶尖小翼对风力机气动性能的影响研究

叶尖小翼能有效改善风力机风轮的气动性能。然而现有的叶尖小翼多通过叶片延长技术实现,从而改变了风轮直径,难以分析叶尖小翼对风力机气动效率的影响。针对这一问题,基于数值模拟方法,在NREL 1.5 MW风力机的基础上,分析了叶尖小翼不同安装位置下的风力机气动性能及流场特性。通过数值模拟分析,发现叶尖小翼能削减叶尖附近的流动分离现象,减弱叶尖涡,并增大风力机压力面和吸力面之间的压强差,从而提高风力机的气动效率。同时,研究发现离叶尖较近的小翼对风力机气动性能的改善效果更好。额定风速下,叶尖处安装小翼可使功率增加2.05%。     

不同小翼对风力机气动性能影响的数值分析

对安装平板小翼和融合小翼后的风力机气动特性和流场分布进行了研究,探究不同小翼对额定工况下风力机总功率、叶片表面压力和叶尖流场分布的影响。结果表明:在叶尖增加小翼可提高风力机总功率,融合小翼具有较好的气动特性,其总功率比无小翼时提高了10.61%;小翼的存在使叶尖吸力面压力降低,叶片表面压差增大,与平板小翼相比,融合小翼叶片表面压差更大;小翼削弱了叶尖绕流强度,使局部诱导速度减小,气动攻角增大,并使叶尖涡的涡核位置远离叶片主体,有效减小了叶尖涡产生的不利影响。     

叶尖小翼对风力机气动性能的影响分析

叶片作为风能捕获装置,其气动性能决定着风力机的风能利用效率。为有效提升风力机在低风速条件下的风能捕获能力,借鉴飞机在机翼翼尖添加小翼提升气动性能的设计理念,对风力机叶片叶尖添加后掠L型叶尖小翼,并采用标准的k-ε湍流模型对加装小翼叶片和原型叶片在不同风速条件下进行3维流场的数值模拟研究。结果表明：与原型叶片相比,后掠L型叶尖小翼对通过叶尖区域的气流有导流作用,改善了叶尖气流的流动形态,使通过叶尖的气流变得平缓流畅,有效减小了叶尖处的诱导阻力,阻断了叶尖处吸力面的气流分离,减小了叶尖涡;叶尖小翼改变了叶尖区域的压力分布,加大了叶尖部位上下压力面的压差,提升了0.975～0.99倍叶片长度处的叶片转矩,风力机出力变大;加装后掠L型小翼后,风力机的轴向推力增加0.46%～0.81%,增幅较小,而风力机组发电效率提升约3.4%～4.2%,增幅明显。     

融合小翼对风力机气动性能的影响

文章利用CFD方法对不同参数叶尖融合小翼风力机额定工况下的气动性能进行了数值模拟。研究结果表明,风力机叶尖融合小翼能够使叶片输出功率和风力机总功率得到提升,但同时使叶片轴向推力、挥舞力矩增大。吸力面小翼比压力面小翼风力机功率高1.26%～1.37%,体现在叶片相对高度0.88以上区域叶片输出功率不同。小翼高度和等效长度的增加使叶尖损失减小,叶片输出功率增大。不同倾斜角度的小翼会改变叶尖流场分布,从而改变叶尖部分和小翼的功率输出。在风轮扫风面积相同的情况下,小翼倾斜角度为55°左右时风力机气动性能最优。     

不同叶顶结构对燃气透平动叶顶部气膜冷却性能的影响

对不同叶顶结构的GE-E3叶片的气膜冷却现象进行了数值研究,比较了三种不同的叶顶结构：平顶、凹槽顶和平顶开槽孔结构在叶顶部的流动和冷却现象,并分析了吹风比对这三种结构的冷却性能的影响。发现凹槽顶和平顶开槽孔在结构上具有相似性;在叶顶开槽后,既降低了射流动量,又降低了顶端泄漏流速,有助于提高冷却效果,同时由于凹槽顶的槽比开槽孔的槽大,冷却气体和燃气在槽内充分混合,使得凹槽顶结构具有最高的冷却效率值和最低的换热系数值,平顶开槽孔结构次之。     

基于加装叶尖小翼风电机组发电量提升试验研究

针对老旧风电场由于风电机组风轮和风资源未能很好匹配等原因导致的发电量不理想问题,提出一种基于加装叶尖小翼风电机组发电量提升方法,该方法在增加叶片扫掠面积的同时有效改善叶片的气动性能。通过加装叶尖小翼增加叶尖部分切向力,增加主轴扭矩从而提高风轮吸收功率,达到提升发电量的目的。基于风电场实际试验数据对提功增效效果进行分析,结果表明所提方法在满足安全性的前提下可有效提高机组输出功率,提升发电量。同时该方法成本低,展现了良好的性价比。     

辅助小翼装置对垂直轴风力机气动性能的影响

为抑制垂直轴风力机叶片流动分离,提升气动性能,提出一种加装在垂直轴风力机叶片内侧的辅助小翼装置.基于正交试验方法分析辅助小翼安装角度、翼型前缘点到辅翼前缘点水平及垂直距离3个参数对整机气动性能的影响.结果表明:辅助小翼可有效抑制叶片流动分离,增大翼面压差,减少大范围涡聚集,延缓动态失速发生;当尖速比为2.33,辅助小翼水平布置距离为0.7c、垂直布置位置为0.4c、安装角度为0°时,垂直轴风力机获得最大风能利用率,较原始风力机提升了 50.97％.     

耦合末级叶片的汽轮机排汽缸气动数值模拟

为研究末级叶片出口流场径向的不均匀性对排汽缸气动性能的影响,基于稳态的三维N—S方程、能量方程以及连续性方程,采用商业CFD软件进行了排汽缸气动性能的数值模拟计算．结果表明：耦合末级叶片的数值模拟计算结果更接近真实值;动叶叶顶漏气射流对排汽缸内的流动结构有很大影响,使得计算得出的静压恢复系数有所增加;叶片叶顶漏气影响不可忽略,在今后的排汽缸气动设计及优化工作中需要考虑末级叶片的影响;排汽缸进口条件对于其气动性能有着决定性的影响．     

单级轴流压气机周向槽与梯状间隙结构的对比

在验证了计算模型的可靠性后,对单级轴流亚音压气机进行了71%设计转速下,实壁机匣,周向槽机匣与梯状间隙结构工作特性的数值模拟。结果表明,周向槽机匣与梯状间隙结构都能在一定范围内起到扩稳作用。周向槽的作用更多地体现在对叶片前缘叶顶泄漏涡的控制上,因此更适于设计在叶片通道的前半段。梯状间隙结构在叶片通道前半段与后半段都能起到扩稳作用,只是施于叶片前缘时,压气机效率损失较大,而施于叶片尾缘时,可以减小叶片尾迹分离区的面积,对提高压气机效率有益。     

某氦气涡轮弯叶片设计方法研究

氦气涡轮高负荷、低展弦比的特点,导致端区损失占总损失的比例较高,尤其是动叶端区损失径向发展尺度较大,甚至会 主流流动。为优化某氦气涡轮气动性能和主流流动,采用数值模拟方法对动叶进行弯曲设计研究,分别对比了正弯、反弯、反J型设计方法,研究结果表明：此氦气涡轮采用反J型设计效果最佳,反弯 ,正弯最差。50%弯高、20°弯角的反J型设计为最佳设计点,不仅提高了涡轮级效率 ,优化了主流流动,增强了做功能力,而且有更好的变工况特性,尤在流量为1.5kg ／s的低工况点,效率较原设计提高2. 3个百分点。关键词：氦气涡轮;弯叶片;通道涡;叶顶泄漏涡     

Effect of winglet geometry arrangement and incidence on tip clearance control in a compressor cascade

An experimental study is conducted to investigate the influences of blade tip winglet on the flow field of a compressor cascade. The tests are performed in a low speed linear cascade with stationary endwall, with three blade tip configurations, including the baseline tip, the suction-side winglet tip and the pressure-side winglet tip. The flowfield downstream of the cascade is measured using five-hole probe, from which the three-dimensional velocity field, vorticity field and pressure field are obtained. Static pressure measurements are made on the endwall above the blade row using pressure taps embedded in the plywood endwall. All measurements are made at both design and off-design conditions for tip clearance level of about 2 percent of the blade chord. The results revealed the incidence variation significantly affects the secondary flow and the associated loss field downstream of the cascade, where the tip leakage vortex and passage vortex exist as the major contributors on the field. The winglet geometry arrangements can change the trajectory of the tip leakage vortex. The suction-side winglet tip blade provides a lower overall total pressure loss coefficient when compared to the baseline tip blade and pressure-side winglet tip blade at all incidence angles.     

非对称叶尖小翼对风力机组叶尖涡的控制效果

为研究叶片叶尖添加非对称小翼对叶尖涡的控制效果,采用三维流场数值模拟的方法分析添加非对称小翼前后的叶尖涡的分布特点,结果表明,增加非对称小翼可增加涡核处的静压,减小涡核处的涡量,起到削弱翼尖涡强度的作用,同时,添加非对称小翼后,风电机组功率得到提升,最大增幅为2.51％.     

汽轮机叶顶间隙内非定常流动的数值分析

为了分析叶顶间隙泄漏涡的影响范围、运行轨迹和强度的变化规律,以某汽轮机高压级为研究对象,采用SSTκ-ω湍流模型,应用PISO算法对叶项间隙内的非定常流动进行了数值模拟．结果表明：叶顶间隙泄漏流是有规律的周期性的非定常流动,泄漏涡的影响范围、运行轨迹和强度随时间和叶顶间隙的变化而变化;泄漏流对主流的影响呈现出从弱到强、再从强到弱的周期性变化规律;叶顶间隙泄漏涡在丁／4时刻的强度和影响范围均达到最大,在T／2时刻,静叶脱落涡和动叶吸力面前部的泄漏涡混合形成新的涡系,而动叶吸力面后部的泄漏涡却与其边界层的脱涡混合,离开吸力面．     

浅析水平轴风力机叶片设计叶尖速比的选择

设计叶尖速比是风力机叶片设计中需要考虑的重要因素,文中分析了叶尖速比对叶片的弦长、载荷、气动性能、整机的功率和发电量等的影响,讨论了设计叶尖速比的选择。并分析得出增大设计叶尖速比,能够减小叶片弦长、载荷、成本,提高气动性能,但会使机组发电量有所下降的结论。