高温气冷堆氦气涡轮三维气动性能分析

为了核算涡轮设计方案,评价设计结果的优劣,优化涡轮气动特性.从多级联算的角度,采用多重网格技术,在静、动叶之间利用"混合平面"方法对高温气冷堆氦气轮机的六级涡轮进行了三维黏性流场计算分析.结果表明,无论总体参数还是叶列间参数计算值与设计结果均吻合较好,并且经分析发现导叶采用了"后部加载"叶型,使涡轮具有了优良的变工况气...     

涡轮级进口温度分布不均匀时流场和温度场的非定常数值模拟

采用Jameson的四阶龙格－库塔法研究了高压涡轮叶栅进口有温度畸变时的涡轮流场。通过对一级涡轮叶排的非定常数值模拟,计算结果表明,由于叶排间的相互运动,叶片表面的压力呈周期性地变化,流场也是周期性地变化;当进口气流温度分布不均匀时,进口的热气流会向转子压力面上适移,导致压力面上产生热点,使动叶表面温度发生很大变化,加入热斑时静叶栅内流场的影响较小,对动叶栅内流场影响较大。     

叶型几何变形对涡轮载荷分布的影响

为了寻找将中部加载涡轮叶片改型为后加载涡轮叶片的设计规律,用三维流体软件NUMECA对某四级动力涡轮的第一静叶进行了后加载改型设计研究.通过调整Bezier曲线控制点改变叶型的中弧线和内背弧.数值模拟结果表明:保持叶型中弧线轴向长度不变而缩小中弧线的周向长度,同时通过增加叶型厚度来控制喉部面积,可以得到性能先进且保持与原始涡轮级动叶气动匹配的后加载静叶叶型.三维流场研究表明:后加载叶型改善了叶型损失,同时减小了二次流损失,改型的后加载静叶使得涡轮级效率提高了0.62％.     

微小型涡喷发动机向心涡轮的流动仿真

为了详细研究微型向心涡轮的内部流动特性,对一台自研微型涡轮发动机的涡轮进行了气动设计和全三维粘性数值模拟仿真,验证了叶片型线设计方案的可行性,得到模拟计算结果（落压比为1.91,总压绝热效率0.73,出口气流马赫数为1.2,流量13.8g/s）。研究了微型涡轮设计工况下内部的气流状态,对微尺寸下涡轮内部的流动特性及各种流动损失产生的特点及原因进行分析总结。结果表明：导向叶流道内的流动损失主要为由气体粘性引起的叶型损失;动叶流道中流动损失主要为气体在动叶前缘产生冲击形成的滞止损失与边界层损失,动叶出口叶片尾缘处形成的尾迹涡流损失。     

导叶安装角对两级动叶可调轴流风机性能及静力结构的影响

为研究导叶安装角对两级动叶可调轴流风机性能及静力结构的影响,采用Fluent软件对第一级导叶安装角改变前后两级动叶可调轴流风机进行了三维数值模拟,分析了导叶安装角对风机气动性能、内流特征和静力结构影响。结果表明:导叶安装角负向偏转时的全压优于原风机,且同一流量下,增大安装角可提高风机全压,安装角正向偏转与之相反;安装角负向偏转后的风机效率均略微低于原风机,而正向偏转后在小流量侧其效率高于原风机,在大流量侧其效率低于原风机,且随流量增加效率下降愈明显。导叶安装角负向偏转后动叶表面总压分布发生明显改变,做功能力显著增强,第二级动叶区和导叶区熵产率有所增加;其第二级动叶等效应力及总变形分布基本不变,但应力和总变形最大值有所增加,固有频率有所降低。     

考虑进口温度畸变的涡轮级非定常流动数值仿真

为更好地预测涡轮级非定常流动特征,以准确分析进口温度畸变对下游叶排产生的影响。本文基于有限差分法开发了多级涡轮非定常流动数值求解器,通过试验数据验证其准确性和可行性,利用该求解器针对进口温度畸变进行了单级涡轮非定常流动数值仿真。以某单级高压涡轮作为研究对象,改变进口总温分布条件,设计了在进口总温均匀分布、总温沿径向不均匀分布和涡轮进口存在热斑3种方案下,进口温度畸变对马赫数、叶片热负荷等因素产生的影响,以及高温气流迁移路径的变化规律。结果显示,进口温度畸变对单级涡轮内部流场的影响不大,进口温度径向不均匀分布会导致导叶径向中上部分出现带状高温区域,在60%叶高处的导叶前缘温度最高。这种现象会因热斑的存在而加剧,在同一周期内进口温度畸变不会造成导叶表面最高温值的大幅度变化。主流气体在涡轮流道作加速运动,热斑由椭圆形逐渐变窄,温度降低,在导叶尾缘与脱落涡相互作用,气体受挤压边缘呈现锯齿状。动静交接面后,在动叶前缘和动叶压力面热负荷较为显著,并且在同一周期内进口温度畸变会使动叶表面的最高温值在一定范围内变化,在涡轮流道内进口温度畸变不会使高温气流在径向方向上的发生较大的偏移。     

基于AxSTREAM的后导叶动调轴流风机的气动设计

基于叶轮机械设计软件AxSTREAM完成了对带后导叶的动调轴流风机3种运行工况下的动叶设计.并对比分析了设计后动叶在运行工况点的性能,找到同时适合运行工况的最佳动叶型.根据最佳动叶对R级动叶可调轴流风机匹配后导叶进行整机的三维气动数值验算.结果表明:气动设计得到的叶型中工况c设计出的动叶在3种工况下运行最合理,同时,匹配后导叶后,充分地利用动叶出口旋绕动能,提高通风机的全压效率和全压压比,设计工况点下的性能均有提高;同时也为动调风机的工程应用提供了快速高效的设计方法.     

弯掠动叶对旋转失速流场的影响

给出了弯掠动叶和径向（常规）动叶旋转失速工况下流场的实验结果，论述了这两种叶片在变工况下的性能差异以及弯掠动叶对旋转失速特征参数的影响，进行了失速前后有关试验数据的对比分析，讨论了弯掠动叶引起旋转失速流场变化的机理及对流场的改善作用。     

超临界二氧化碳高压涡轮气动设计及性能

为建立高性能超临界二氧化碳(SCO2)布雷顿循环系统,基于西安热工研究院的5 MW等级SCO2火力发电试验平台的高压涡轮设计参数,采用基于Denton损失模型的自编一维涡轮设计程序、AXIAL软件及AXCENT软件设计了2级轴流超临界二氧化碳涡轮,采用CFX软件RANS方程与NIST的真实超临界二氧化碳工质物性数据相结合的数值方法,研究了超临界二氧化碳高压涡轮设计工况和变工况气动特性.结果表明:综合考虑高设计参数下的超临界二氧化碳涡轮辅助系统的可实现性,选择两级轴流直叶栅涡轮设计方案,经叶型优化后可实现两列涡轮静叶的总压损失约为0.042,第1/第2列动叶栅相对总压损失为0.050和0.064,叶片的根部、中部和顶部流场的马赫数分布合理.考虑动静叶泄漏掺混损失的高压涡轮的等熵效率可达到84.88%,轴功率3 251 k W,涡轮变工况性能良好.     

航空发动机进口导叶调节机构误差分析

为了研究航空发动机进口导叶调节机构中主要几何参数对导叶调节精度的影响,以某型号发动机进口导叶调节机构为例,建立其数学模型,推导出作动筒伸出量与导叶转角之间的函数关系,通过MATLAB仿真出函数曲线,在UG中建立机构三维模型,并在ADAMS中进行运动学仿真,验证了理论推导的准确性.在数学模型基础上推导出机构的误差分析模型...     

潮流水轮机导流罩的水动力设计

为了提高潮流水轮机的效率,参照风力机扩散器原理设计了一种适用于竖轴直叶片水轮机的导流罩.主要考虑潮流工作流场对称性的特点,提出了二大类型6种导流罩设计模型方案;应用Fluent软件进行水动力性能计算,确定流速大,阻力小的S3为最优型线;在导流罩出口位置增加对称的扩张门,可以进一步提高导流罩内流场的流速和稳定性;模型实验验证了S3型导流罩设计模型的有效性,加导流罩后轮机功率系数曲线整体上升,峰值可提高39%.该设计研究为导流增强型潮流水轮机的研究和实践提供了理论基础.     

燃气轮机化学回热循环仿真研究

为系统研究燃气轮机化学回热循环的性能,在循环过程热力学分析的基础上,建立了燃气轮机化学回热循环数学模型,并针对某型三轴燃气轮机利用MATLAB/Simulink软件进行了仿真计算,得出了燃气轮机化学回热循环变工况性能.结果表明:燃料发生蒸汽转化反应提高了其热值,装置循环效率相对提高量可达32%以上;在装置输出功率不变的情况下,涡轮进口温度下降明显,可以大幅度提高燃机寿命,且排气温度大幅度降低;在保证燃机结构几何尺寸不变的条件下,该循环的共同工作线将向着远离压气机喘振边界移动,对于提高压气机喘振裕度是有利的.     

尾缘射流式垂直轴风力机气动特性数值分析

为抑制翼型表面流动分离并提高风力机叶片气动性能,将可靠性较高的吹气射流技术应用于垂直轴风力机叶片尾缘。采用数值模拟方法分析不同尾缘射流角度对垂直轴风力机风能利用系数、力矩系数及单叶压力与整机涡量的影响。模拟结果表明:在最佳尖速比(2.63)时,10°射流可以有效降低翼型尾缘脱落涡频率,有效控制叶片尾迹效应,整机效率及运行稳定性均优于0°尾缘射流式垂直轴风力机;在较低尖速比时,风力机单叶力矩峰值均集中在120°相位角,尾缘10°射流对整机力矩系数有显著提升效果;在较高尖速比时,单叶翼型压力面存在较大正压区,风能利用系数最大可提高11%左右,气动性能明显优于无射流垂直轴风力机。尾缘射流降低了风力机叶片所需承受的轴向载荷,提高了风力机输出功率。不同角度尾缘射流均能有效降低叶片表面流动损失进而延缓流动分离,数值结果为尾缘射流式垂直轴风力机的工程应用提供了部分参考价值。     

Flow separation control by using bowed blade in highly loaded turbine cascades

Due to the serious flow separations and centralized vortices,there are high secondary losses in highly loaded turbines.It is imperative to find measures to control the flow separation and vortices hence improve the turbine performance.This paper reports our recent progress on flow separation and vor-tices control in highly loaded turbine cascades by using bowed blades.Two sets of highly loaded tur-bine cascades with the turning angles of 113° and 160°,and each with 7 bowed blade angles 0°(straight),±10°,±20...     

高效燃气轮机优化技术研究——分布式能源的关键技术之一

针对分布式能源热电冷联产工程的需要,对其关键的动力技术进行了深入研究,提出了燃气轮机的五项优化技术:动静子反旋叶轮技术、磁场聚氧聚氮技术、离心氧氮分离技术、富氧燃烧复合漩流燃烧技术和氮膜冷却与惰性防护技术;给出了四功能一体机的设计方案;重点分析了转匣式压气机结构与高温升涡轮叶片的氮膜冷却与惰性防护问题,为燃气轮机的高效化、微型化提供了技术创新.     

模拟舰船燃机压气机级间流场的喷水雾化实验研究

压气机级间喷水是舰船燃气轮机较理想的中冷技术，而此技术的关键是产生小雾滴的雾化技术，本文给出了向模拟燃气轮机压气机级间流场喷水雾化实验研究的目的。设备，测量系统，雾化机理，实验方案及步骤，给出了在模拟燃气轮机压气机组间流场内进行的喷水的不同喷入方式，不同气流速度下雾化特性和对流场阻力特性影响的实验研究结果，通过对实验结果的分析，得出喷嘴的安装方式对压气机组间流场损失的影响及雾化效果影响的结论。     

蹼板式水流发电装置实验研究

阐述了一种全新水流发电装置--蹼板式水轮机的首次实验研究的全过程.介绍了该类型水轮机的试验模型和试验装置的设计加工,分析整理出了我国第一份蹼板式水轮机的水动力性能资料,探讨了密实度、进速系数、叶数、雷诺数等主要参数对能量利用率系数的影响并分析了原因.该项研究结果表明,该型水轮机具备机构简单、造价低廉、能量利用效率高、易操纵性以及自启性良好等诸多优点,从而使它具有广泛的市场开发前景.     

Numerical simulation of pressure fluctuation in Kaplan turbine

As it is almost impossible to carry out the prototype hydro-turbine experiment before the power plant is built up, rational prediction of pressure fluctuations in the prototype turbine is very important at the design stage. From this viewpoint, we at first treated the unsteady turbulent flow computation based on the modified RNG k-ɛ turbulence model through the whole flow passage to simulate the pressure fluctuation in a model turbine. Since fair agreement was recognized between the numerical results and the experimental data, this numerical method was applied to simulate the pressure fluctuations in the prototype turbine. From the comparison of them with the model turbine results, it is seen that their qualitative trend of pressure fluctuations are similar, but an appreciable difference is observed between the amplitudes of pressure fluctuation of the prototype turbine and that of the model turbine. Though the present findings may be explained by the effect of Reynolds number, further studies are expected for quantitative interpretation. We paid attention to the interaction between the fluid and turbine structure. Adopting a weak fluid-solid coupling method, we studied the pressure fluctuation in the prototype turbine to clarify how the elastic behavior of runner blades influenced the characteristics of pressure fluctuation. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 90410019)     

燃气轮机燃烧室动态仿真模型研究与应用

以质量、能量守衡原理为基础,结合热力学、传热学、流体力学相关专业基础知识,以深圳广前电力有限公司M701型燃气-蒸汽联合循环机组配套的燃烧室为对象,在一定简化条件下,建立了燃烧室动态仿真模型,首次从机组整个热力系统的角度研究燃烧室动态特性及其对整个机组特性的影响。仿真试验表明:所建模型能够正确反映参照机组燃烧室的动态特性和全工况运行过程,整体模型运算稳定可靠,可直接应用于燃气轮机和联合循环机组的整体仿真系统模型的开发,还可为燃机控制系统的设计与分析提供良好的非线性子模型。     

风机叶片设计二次开发与气动性能仿真

为了提高叶片设计的精度和效率,根据风机叶片设计的相关理论和方法,对叶片气动外形设计进行研究.以20 kW风机叶片为例,在Wilson法的基础上,利用VB、VC++等编程语言在SolidWorks平台上开发叶片气动外形设计及建模的应用系统.根据输入的设计参数自动生成叶片的三维实体模型,省去了以往设计过程中生成的大量数据的转换和存储,实现叶片的高效,智能化设计.为了对设计结果进行评估,同时验证设计的有效性,针对设计好的叶片模型进行流场仿真分析.结果表明,提出的叶片设计与建模方法能够有效提高风能利用率,缩短风机叶片设计周期,可用于企业对叶片的设计研发,并为叶片结构有限元分析和优化设计平台奠定基础.