基于参数化造型的气膜冷却优化方法

为了探究气膜冷却的优化设计方法,研究并搭建了气膜冷却优化设计平台。利用该优化设计平台能够实现气膜冷却结构的参数化设计、网格自动生成、自动CFD计算及后处理和自动优化寻优过程。同时在该优化平台下,利用试验设计(DOE)方法挑选出了对目标函数影响最大的几个变量。最后利用该优化平台,实现了对某型高压涡轮第一级导叶前缘气膜孔的单目标优化,优化后叶片综合平均冷却效率提高了18.8%,叶片前缘的平均温度降低了40 K。     

某型高压动叶冷却结构设计

对某燃气涡轮高压动叶的冷却结构进行了参数化设计,应用分块的结构网格构造了涡轮内部复杂的冷却结构,进行网格分区时既保证高质量网格,又避免过多增加网格分区。对涡轮动叶栅流场进行了数值模拟,指出参数建模是气冷涡轮叶片设计方法进行工程化应用的前提条件。气膜冷却和带肋片的蛇形通道结构能够有效提高动叶片的冷却效果,保护叶片正常工作。     

涡轮第二级导叶冷却结构设计研究

以某涡轮第二级导叶为研究对象,结合参数化特征建模技术研究设计冷却结构,并进行气热耦合分析,研究结果表明:低压导叶外部各截面上的温度分布均匀,尤其是在冲击冷却的部位,温度明显低于尾缘区域,而且冲击冷却在压力面上的冷却效果要好于吸力面,冷却效果理想.低压导叶内部温度梯度较大,整个叶片内壁面由冲击射流和横向流动作用使得冷却充分均匀.     

基于流固耦合的增压器涡轮叶片结构强度分析

采用ANSYSWorkbench软件建立涡轮流固耦合仿真计算平台。首先,运用CFX软件对涡轮流体域进行流体动力学计算。随后,将流固交接面的温度、压力分布场加载到涡轮固体域表面,并进行稳态热计算。最后,运用ANSYS软件有限元分析模块对涡轮考虑气动温度载荷、压力载荷和离心力载荷的进行综合结构强度计算研究。结果表明,所分析的涡轮叶片根部的中间部分及近出口处存在应力集中现象,与用户反馈的该款增压器使用中涡轮叶片断裂部位较为吻合。     

导叶约化中心位置对涡轮非定常气动计算的影响

针对工程上常用的基于叶片数约化的涡轮非定常计算方法,为了掌握导叶约化中心位置对于涡轮内部流动非定常计算结果的影响规律,对导叶前缘约化、导叶尾缘约化、不约化三个算例进行了非定常计算与对比分析.研究结果表明:导叶前缘约化方式对于涡轮气动性能时均值影响量级在1％以上,而导叶尾缘约化方式的影响不到前者的1/2;两种约化方式均能...     

几何参数对气膜孔流量系数的影响

在燃气轮机涡轮叶片的冷却设计中,气膜孔的流量系数是最关键的参数之一,它会影响气膜的实际冷气流量和气膜冷却效果.使用数值计算方法研究了孔倾斜角、孔复合角、长径比、孔入口圆角、孔出口圆角等几何参数对气膜孔流量系数的影响.提出了一种基于选定基准工况的气膜孔流量系数的关联式,该关联式将这些几何参数的影响考虑在内.与文献中试验数...     

低稠度涡轮导向叶片端壁高效气膜冷却特性研究

采用低稠度涡轮导向叶片设计方案，可减少导向叶片的用量，减轻涡轮重量，降低发动机冷气用量及耗油率，但同时也带来导向叶片端壁冷却负荷增大等问题。依据低稠度涡轮导向叶片端壁的结构与流动换热特点，制定了槽缝和气膜孔共同冷却的方案。通过数值模拟和分析，重点研究了低稠度涡轮导向叶片端壁前缘气膜孔在不同方向角、孔数、孔径以及叶栅通道中气膜孔布置等条件下的流动及冷却特性。研究结果表明：对低稠度涡轮导向叶片端壁前缘气膜孔进行优化设计，可以有效克服导向叶片端壁前缘高强度马蹄涡对于气膜冷却效果的不良影响；在叶栅通道内合理设置气膜孔，可以改善通道内复杂涡旋对端壁气膜的卷吸作用，提高气膜冷却效果；当槽缝和气膜孔中的冷气流量比分别为3%和2%、气膜孔方向角为45°、气膜孔直径为1.25 mm、叶片前缘和叶栅通道气膜孔数分别为8和1时，叶片端壁表面被冷气膜全部覆盖，此时端壁面平均气膜冷却效率相对最高，达到53.7%。     

基于流体网络法的透平叶片冷却内通道网络模型与分析

采用流体网络法研究分析了某E3发动机高压涡轮动叶的冷却结构,通过合理简化,并选用合适的元件模型,构建了冷却流路的流体网络;对高压涡轮流场进行了三维数值计算,确定了叶片冷却流路流体网络计算所需的边界条件;根据实验关联式,确定损失、传热等相关系数,并根据冷却结构特点自定义了部分特性曲线。将流体网络计算结果与NASA文献中的数据进行了比较,表明本文方法能较好地预测各流路的流量、温度、压力等参数,能够用于叶片冷却结构的性能分析以及叶片冷却结构的初步设计。     

一种基于ICEM的轴流风机设计优化方法

采用基本翼型参数化设计方法对风机叶片进行设计,并基于ICEM所提供的rpl文件接口以及程序录制功能实现轴流风机结构三维模型参数化建模与结构化网格划分功能。保证建模过程中可以对风机叶型、叶片数,叶片倾斜角度等进行相应的更改。在此基础上,开发"轴流风机设计优化应用程序",该程序包含相应的设计模块、优化模块和定制模块,保证可以通过输入的设计参数和优化参数等对轴流风机进行自动的设计优化。     

航空发动机涡轮叶片气膜冷却孔设计与制备技术研究进展

随着先进航空发动机对涡轮前燃气温度需求不断提升,涡轮叶片高效冷却设计技术成为亟待解决的瓶颈技术,而气膜孔冷却是涡轮叶片高效冷却设计的核心技术。本文基于航空发动机涡轮叶片采用耐高温复合材料与高效气膜冷却结构相结合的技术发展背景,综述国内外相关研究工作的进展,从涡轮叶片气膜孔的冷却机理、气膜孔的空间几何结构设计技术、气膜孔表面完整性制备技术等方面,深入总结分析涡轮叶片气膜冷却设计与制备技术领域取得的研究成果,重点论述了各国异型气膜冷却孔的设计与制备技术,并提出我国在该技术上存在的差距及未来研究重点。     

气动参数对气膜孔流量系数的影响

使用数值计算方法研究了压比、内流马赫数、外流马赫数、吹风比、速度比等气膜冷却设计中常见的气动参数对气膜孔流量系数的影响。基于数值计算结果,提出了一种气膜孔流量系数的计算关联式。与文献中试验数据的对比表明,该关联式精度较高,可以为涡轮叶片冷却设计提供参考。     

旋转对涡轮叶片气膜冷却影响的数值模拟

采用数值模拟的方法对旋转涡轮叶片表面的气膜冷却效率进行了研究,同时对涡轮静叶栅和动叶片在不同的旋转速度下分别进行计算,分析不同转速、吹风比和冷却气流喷射角度对气膜冷却的影响.计算结果表明,旋转使压力面气膜冷却效率降低,转速越高,气膜冷却效率越低;在吸力面冷却孔下游附近区域,叶片旋转对气膜冷却效率的影响不大,但叶片旋转使离冷却孔较远处的吸力面冷却效率升高.同时,在旋转状态下,靠近叶顶区域的叶片表面气膜冷却效率升高.     

涡轮单排气膜孔与前缘结状凸起耦合数值研究

气膜冷却作为涡轮的主要冷却方式之一,如何提高其冷却效率是当前研究重点.本研究在涡轮前缘构造结状凸起结构,采用源项技术模拟气膜孔,研究吹风比分别为1,3下,前缘结状凸起对单排气膜孔冷却效率的影响,详细分析温度以及涡量等参数.结果表明:单排气膜孔处于相同吹风比时,改型叶片并没有比原型叶片带来更好的改善效果;单排气膜孔吹风比...     

美国AppleGate电站水轮机活动导叶三维建模设计

针对美国AppleGate电站水轮机导水机构的设计,对活动导叶进行三维建模。根据导叶型线的相关参数绘制出了翼型断面,再导入CATIA软件,利用其自由曲面造型功能,构建了活动导叶三维实体模型。最后,再通过调整开度和进口角,建立了导叶在最大开度以及全封闭等工况下的三维实体模型,为后续重量计算、结构强度、叶片的力学特性计算提供基础。     

美国AppleGate电站水轮机活动导叶三维建模设计

针对美国AppleGate电站水轮机导水机构的设计,对活动导叶进行三维建模。根据导叶型线的相关参数绘制出了翼型断面,再导入CATIA软件,利用其自由曲面造型功能,构建了活动导叶三维实体模型。最后,再通过调整开度和进口角,建立了导叶在最大开度以及全封闭等工况下的三维实体模型,为后续重量计算、结构强度、叶片的力学特性计算提供基础。     

涡轮导叶冷却结构设计及性能分析

按照涡轮传热分层设计流程,对某型燃气轮机高压涡轮导叶进行了冷却结构设计。利用管网设计方法快速得到符合设计要求的基本冷却结构,采用UG建模与自编程序相结合快速生成实体模型,并选取两种典型冷却方案进行全三维气热耦合计算。计算结果表明：两种冷却方案总冷气量基本相同时,前腔冷气流量更大的方案2满足设计要求,其前腔无量纲流量为0.052 7,后腔无量纲流量为0.049 4,叶片表面无量纲平均温度为0.666 7,无量纲最大温度为0.737 1;增大吸力面“簸箕”形状气膜孔的冷气流量,可以有效降低吸力面中后部高温区域的温度;利用管网设计可以快速搜寻合理的冷却结构方案,该设计方法显著地缩短了设计周期。     

气膜孔几何结构对涡轮叶片气膜冷却影响的研究进展

综述了近年来涡轮叶片气膜孔几何结构对气膜冷却特性影响的研究成果,介绍了影响气膜冷却效果的因素.总结了气膜孔结构对叶片前缘、叶片端壁以及对平板气膜冷却影响的研究现状.阐述了气膜孔结构对气膜冷却传热特性的影响.最后指出进一步优化气膜孔结构,综合考虑气膜孔尺寸、长度、间隔、形状以及相对透平叶片取向对气膜冷却的影响和新型气膜孔的研究.将是今后工作的重点.     

叶型变化对叶片表面压力场的影响

使用NUMECA软件的FINE／Design3D模块对某型跨音速涡轮叶栅改型前后的导叶进行了单列三维流场计算,并分析了原型与改型叶栅沿叶片型面压力的分布以及叶片吸力面上的静压等值线分布。结果表明,叶片的改型改变了叶片表面的压力场,改善了叶栅内气体的流动。     

燃气轮机叶片气膜冷却研究进展

综述了近年来燃气轮机涡轮叶片气膜冷却技术的研究成果.介绍了气膜冷却的基本原理,总结了叶片端壁、顶部、前缘及尾缘区域气膜冷却的研究进展和气膜孔流量系数的研究状况,阐述了影响气膜冷却效果的各种因素及气膜冷却对气动损失的影响.最后指出将气膜冷却与其它涡轮叶片冷却技术相结合的复合冷却,应是未来涡轮叶片冷却技术的发展方向.     

燃气涡轮弯叶片特性研究

以燃气轮机涡轮第一级导叶为研究对象,借助数值模拟对涡轮导叶气动问题进行研究,针对于涡轮的工作特点,进行了多方案计算及对比,研究了不同弯扭叶片设计参数对涡轮叶栅气动性能的影响。结果表明:根部采用-15°弯角,即正弯15°,采用0.4弯高,即采用大弯高可以有效地降低端壁处低能流体的聚集,从而有效地降低横向二次流,采用上述弯叶片计算得到总压损失系数有所降低。