某MW级燃机变几何动力涡轮动_静叶栅与排气道的流动分析

某MW级燃机末端的变几何动力涡轮动/静叶栅与非对称排气道之间的流场会相互作用,使用商用CFD软件CFX研究了不同导叶安装角下、二者之间的耦合流场.在导叶设计安装角下的流场分析表明:排气道的非周向对称性主要影响动力透平的动叶流场,导致动叶不同叶片载荷出现周向差异,同时动叶出口气流角分布也会出现强烈的周向不均匀性.导叶旋转7°后,导叶进口正冲角增大导致吸力面大范围分离;动叶进口呈现负攻角,压力面的分离程度增大;同时排气道内旋涡程度加剧,这导致了导叶安装角改变后动力涡轮的效率和功率出现明显下降.     

考虑动静干涉的多级透平叶栅大攻角流动特性的三维数值分析

采用全三维粘性数值模拟技术，利用由Menter基于κ-ω模型和κ-ω模型发展而成的BSL双方程湍流模型(Baseline Model)，采用“混合平面”方法传递级间参数，通过求解三维粘性可压缩Favre平均Navier—Stokes方程，对一个考虑应用变几何涡轮技术的舰船动力涡轮三维粘性流场进行了数值研究。变几何涡轮的显著特点是采用可调导叶技术，进而使其透平叶栅可能在大攻角范围内运行。由此通过多级计算，计及动静干涉效应和动叶顶间隙的影响，从而更准确地预测透平叶栅的大攻角流场特性，以期把握变几何涡轮技术的气动设计特点。     

3MW生物质发电超临界CO_2向心透平设计

进行生物质发电用3MW SCO_2向心透平设计,借鉴筛选法的参数约束范围,利用向心透平设计系统进行一维热力计算,并进行静动叶造型。进行三维气动性能校核,仿真结果表明:所设计的向心透平设计点气动性能优良,满足设计要求。     

雷诺数对微透平性能影响的数值模拟

在研究厘米级微型向心透平工作特性和结构特点的基础上,设计了7～8 kW级的厘米级微型向心透平。通过放大或缩小已设计的厘米级微透平来改变雷诺数,采用CFX软件对不同雷诺数的微透平在绝热情况下的特性进行了数值模拟。结果表明:雷诺数对静压的影响主要发生在动叶,且集中在动叶的前缘和吸力面。雷诺数减小使得马赫数分布图中尾迹相应变厚,且透平级的总总效率随着雷诺数减小而有所降低。     

某MW级燃机非对称排气道性能分析

针对某MW级燃机动力透平及非对称排气道,本文采用CFD方法首先单独研究了不同进口条件下排气道的性能,发现该排气道性能良好,总压损失较低,且对15°以内的入口旋流角具有较好的适应性。由于动力透平与排气道之间存在相互作用,将整周动力透平与排气道进行耦合计算,发现由于动力透平设计存在一定的缺陷,单级计算时动叶根部存在大范围的气流分离,与排气道耦合后,透平功率略有下降,但动叶根部气流展向分离范围有所减小,且分离程度出现周向不均匀现象;同时,由于气流分离导致动力透平出口气流的旋流角较大,耦合条件下排气道性能明显恶化,总压损失增加较大。     

汽轮机末级动叶片大负攻角工况下的气流激振分析

在小容积流量工况下运行的大功率机组的末级动叶顶部进口气流的负攻角流动易造成叶片压力面的气流分离,在一定条件下会诱发叶片颤振。对一典型平面动叶栅大负攻角下的二维分离流场进行数值分析,得到了详细的流场信息和叶片作用力及力矩与攻角的关系。采用准定常的方法,给出了叶片发生扭转和弯曲振动时,激振流场对叶片的气动功的计算方法,并根据能量法的原理,讨论了判断叶片颤振的方法。     

攻角对透平叶栅气动性能影响的研究

采用叶栅吹风试验与数值模拟相结合的方法,研究了攻角变化对具有较大前缘半径和进口楔角的透平叶栅气动性能的影响,试验测量在出口马赫数为0.8、攻角-61.0°-＋4.0°内进行,对应的雷诺数为6.0×105.在试验验证数值方法可靠性的基础上,对叶栅流动损失进行了数值研究,分析了攻角变化对试验叶栅型面损失中吸力面与压力面边界层损失、尾迹损失和端部次流的影响特性.结果表明：当攻角从＋4.0°变化到-41.0°时,叶片表面没有发生流动分离,出口截面的总压损失系数变化幅度不超过0.21%;在负攻角很大（-61.0°）时,压力面边界层发生流动分离,型面损失急剧增大;具有较大前缘半径和进口楔角的试验用叶栅表现出良好的变攻角气动性能.     

向心透平损失模型和出气角对热力气动计算的影响

本文给出了一套向心透平各部件损失计算和叶片出气角的计算方法，分析了设计时速度系数和出气角的偏差对总性能产生的影响．     

向心式通风机级的数值模拟及变工况特性研究

以完全气体作为流动工质,设计了单级向心式通风机,并进行了流场模拟和变工况特性研究。首先采用BladeGen构造动叶叶型,并对动叶叶型进行参数化;然后采用数值模拟方法得到流场参数,以级效率为目标函数,以总压比为约束条件,在Workbench平台上对动叶叶型参数进行优化,得到最佳的动叶叶型;在已设计好的动叶基础上,利用单圆弧构造法设计静叶并设置在动叶后面,得到向心式通风机级;最后分析不同流量,不同转速下所设计的向心式通风机级的变工况特性。     

高转速工业汽轮机低压级组长扭叶片气动设计与分析

为了提高工业汽轮机效率,实现节能减排和降低加工制造成本,对高转速工业汽轮机低压级组进行气动设计,并对其进行三维气动分析。完成了低压级组的一维设计、二维气动设计和叶型设计:动叶转速为6600r/min,进口总压为200kPa、进口总焓为2684.2kJ/kg、背压为7kPa下的流量为51.2t/h,总总效率为92.4%,总静效率为88.6%,达到设计要求。末级动叶的径高比为2.68,降低了转子的尺寸。三维流场分析显示:低压级组载荷分布均匀,级间匹配合理,气动性能良好;气动参数沿叶高分布均匀,叶片沿叶高具有良好的攻角特性。     

大负攻角下汽轮机末级动叶栅二维分离流特性的数值分析

采用控制容积积分法及压力修正算法,结合κ－ε湍流模型求解二维稳态雷诺时均N－S方程组,对一透平动叶栅在不同负攻角条件下的分离流动进行了数值模拟。计算结果与试验结果吻合较好。根据计算结果对大负攻角条件下叶栅二维分离流动的特点以及攻角对叶栅气动特性的影响进行了分析。     

基于二氧化碳工质的向心透平气动性能研究

以实际二氧化碳为工质,通过全三维黏性数值仿真模拟及试验研究的方法,对某闭式布雷顿循环系统的向心透平内部流动特性进行了详细研究。对透平内部10%、50%、90%叶高截面及30%、50%、70%流向截面的流动特性及流动损失进行总结。结果表明,数值仿真结果与试验结果吻和较好。随着叶轮转速不断提高,二氧化碳向心透平的稳定工作范围扩大,流通能力逐步增强。过大的进气攻角会造成动叶吸力面前缘出现流动分离,从而引发主流过膨胀,并沿流向出现逆压梯度。叶顶间隙泄漏流动是造成通道涡旋流动损失及叶片表面径向窜流损失的主要原因。研究成果可为以二氧化碳为工质的向心透平设计及变工况调节提供参考。     

船用燃气轮机变几何动力涡轮大攻角流动特性的三维数值模拟

采用三维数值模拟技术,研究了可调导叶转动导致变几何动力涡轮气动性能变化的流场机理。结果表明,在较小的转角范围内,采用大转折角设计的可调导叶使涡轮处于大攻角运行。在大正攻角或大负攻角下可调导叶级动叶栅流道内的三维分离流场结构及其产生机理有很大差异,而且大正攻角造成的吸力面分离流动更使整个涡轮的效率显著地下降。通过系统的机理分析,提出可调导叶宜采用较小转折角的后部加载叶型,而变几何动力涡轮可调导叶级动叶栅要采用较大负冲角的气动设计原则。     

部分进气超临界二氧化碳向心透平气动性能研究

基于给定的热力参数,设计了1台超临界二氧化碳向心透平,功率为75kW,部分进气度为0.3,并采用六面体结构化网格、有限体积法和RNGk-ε双方程湍流模型对该透平进行了详细的流场分析。结果表明,所设计的部分进气超临界二氧化碳向心透平输出功率达到73.25kW,效率为66.27%,基本满足设计要求。喷嘴及动叶流道的压力、温度及马赫数分布合理,表明设计方案可行。靠近喷嘴堵塞弧段壁面及动叶非进气弧段流动紊乱,旋涡多,熵增较大,存在明显的部分进气损失。     

500 kW有机工质向心透平气动设计

对500kW等级ORC向心透平进行气动设计,利用NREC-Rital模块进行一维热力计算,并进行动静叶造型设计。利用Numeca软件进行向心透平气动性能校核,仿真结果表明:设计的向心透平设计点气动性能优良,满足设计要求。     

618 kW氦氙混合工质向心透平气动设计及分析

本文针对空间核电源系统中高效、轻质的向心透平,采用一维设计结合三维数值计算的方法,设计出以氦氙混合气体为工质的向心透平.使用ANSYS CFX对向心透平的气动特点以及流场特性进行了数值模拟,分析了叶轮内部流动和损失分布情况,数值结果显示出所设计的向心透平有较好的气动性能,效率为84.4％,功率为618.3 kW,本文还...     

改用富氢燃料的F级燃气轮机热力性能与透平通流匹配

本研究旨在探究某型F级天然气重型燃气轮机在改用富氢燃料时的热力性能变化和通流匹配方案。建立了考虑透平逐级冷却的燃气轮机稳态热力模型，并用实际运行数据验证了模型的准确性。以此模型为基础计算了改用富氢燃料后该型燃气轮机在燃用不同含氢量的燃料时的热力性能和排放性能。针对出现的压气机和透平间的通流匹配问题，采用保持压气机参数不变、改变透平各级动静叶片安装角的方案，增加透平通流面积，并计算得到通流匹配后的燃气轮机性能。计算结果表明：随着燃料含氢量由0增加到100%时，达到相同透平入口温度时所需的燃料体积流量增加，透平中工质体积流量增加了2.65%,透平各级动静叶冷却效果降低，透平出口温度上升约15 K。在燃料含氢量分别为40%,70%,100%的情况下，氮氧化物的排放浓度分别增加了4.44, 5.18, 4.225 mg/m³;透平各级叶片安装角的变化整体分别在0.15°,0.37°,0.94°之内以达到通流匹配；燃气轮机的输出功率分别变化了0.39%,-0.23%,-1.56%;效率分别变化了0.02%,-0.41%,-1.4%。     

部分进气超临界二氧化碳透平非定常流动研究

超临界二氧化碳是微型动力循环中的重要工质,其较高的密度能够使透平机械结构紧凑。在部分进气工况下,可以通过增大向心透平叶高,在流量减小时减少其流动损失。基于1台部分进气度为0.3,功率为75kW级的超临界二氧化碳向心透平,在ANSYS-CFX中进行了详细的非定常流动特性分析。数值计算采用六面体网格、有限体积法及RNGk-ε湍流模型,在一个旋转周期内得到了不同时间步时整个流体域的流线、温度、压力以及单个叶片表面的压力分布,以说明部分进气工况的非定常流动特性,同时,计算了这一透平动叶受到的气流激振力并分析了其频率构成。研究成果能够为部分进气超临界二氧化碳透平的气动设计及强度分析提供依据。     

向心透平反动度的一种计算方法

现有的各国文献中很难找到计算向心透平反动度的适用方法。目前设计向心透平时,大多数利用试选法确定其反动度。本文提出了一种根据透平叶轮中的气流加速因子(?)来计算向心透平反动度的方法。文中将向心透平的反动度分解成气动反动度与惯性反动度两个独立的组成部分,分别讨论了它们的作用与计算方法。从而不难计算出所需的向心透平反动度的具体数值。     

有机工质向心透平静叶叶型优化研究

为提高10kW有机工质向心式透平的气动性能,利用Design Expert软件和ANSYS Workbench软件建立了静叶型线优化平台。以静叶效率为优化目标,将静叶型线的4个角度参数控制为设计变量,采用BoxBehnken试验设计方法进行试验设计,并对所有设计方案进行数值模拟计算,对有机工质向心透平的静叶型线进行了响应面分析及优化。优化后静叶效率达到90.911%,相比于原叶型,采用优化叶型后静叶效率提高了2%,流场分布更佳。研究成果可为有机工质向心透平的设计提供参考。