叶片弯曲对扩压叶栅出口流场的影响

通过由常规直叶片、正弯曲叶片、反弯曲叶片组成的三种矩型扩压叶栅在低速风洞上的实验研究,测得了叶栅出口流场、研究了零冲角下常直叶栅、正弯曲叶栅、反弯曲叶栅对出口总压损失分布情况和二次流速度矢量的影响,讲座了叶片弯曲对扩压叶栅出口流场的改善作用。     

矩形叶栅中叶片倾斜对二次流损失的影响

本文采用五孔束状测针和分布在叶栅上、下端壁及叶片表面的测压孔,对叶栅出口流场和上述表面上的静压分布进行了详细测量。实验结果证明:叶片的倾斜显著地改变了叶片表面尤其是吸力面上的静压分布,因而引起了叶栅中二次流损失的重新分布。     

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。     

变截面叶片倾斜及后置叶列对静叶出口流场的影响

通过对小径高比环形静叶栅出口流场的详细测量、讨论了变截面叶片倾斜对叶栅气动性能的影响以及后置叶列引起静叶出口流场的变化，阐明了为消除大气压对出口流动参数的影响，在静叶后设置模拟动叶的必要性。     

表面粗糙度对压气机叶栅流动特性的影响

在低速平面叶栅风洞中,实验研究了表面粗糙度对高负荷压气机流动特性的影响,并对叶片吸力面不同位置布置的表面粗糙度进行了对比分析。通过墨迹流场显示法对叶栅壁面流场进行了测量,利用五孔气动探针对叶栅出口截面进行了扫掠,给出了不同方案出口截面马赫数、二次流速度矢量的分布以及叶栅的流场特征,以分析和探讨表面粗糙度对叶栅流动特性的影响。结果表明,吸力面局部表面粗糙度的增加使得角区分离范围减小;且随着粗糙带向尾缘移动,角区分离范围的减小程度也逐渐增加。     

一种高负荷扩压叶栅流动控制技术的实验研究

为了研究缝隙射流控制技术改善高负荷扩压叶栅气动性能的流体动力学机理,本文针对有/无缝隙结构的高负荷扩压叶栅流动损失与内部流场参数开展实验研究,获得了叶栅流场分布数据、近壁流场显示图谱以及叶栅出口总性能参数。研究结果表明,经由叶片压力面与吸力面压差驱动的缝隙射流能够增加叶片近壁附面层低能流体的动量、动能及湍流强度,并将局部迁移或积聚的附面层低能流体及时带入主流,减小低能体在局部区域的掺混撞击与粘性摩擦作用,抑制了栅后低能流体的过度聚集,从而有效提高大折转角扩压叶栅的气动性能。缝隙射流控制技术与弯曲叶片技术的有机结合,为高效紧凑的发动机压缩系统提供了新的设计自由度。     

小叶片对大转角扩压叶栅出口流场的影响

采用五孔探针分别测量了6~26°不同攻角下,大转角高扩压度叶栅及增加小叶片后叶栅的出口流场。结果表明:大小叶片叶栅中,小叶片改善了设计工况下叶栅内部流动,抑制了大叶片吸力面及端壁角区流动损失向叶栅中部的发展;在较大与较小攻角时,叶栅流动损失明显增加;大攻角时大小叶片叶栅出口中部区域速度场得到明显改善,其余工况通流能力变化不大;大小叶片叶栅在所有工况下,出口截面上气流转角整体平均约增加3~5°,表明气动负荷有一定提升。     

变几何平面叶栅数值模拟

使用CFD软件NUMECA对变几何平面叶栅三维流场进行了数值模拟。分析在不同叶片安装角下,叶片表面静压系数、出口总压损失系数和出口气流角的变化规律。结果表明：在叶栅转角范围内,随着安装角的增大,沿叶型表面气流的扩压段显著增加,叶栅出口气流角也会随之增大,而叶栅总损失不断减小,其中,叶型损失先减小后增大,叶顶间隙泄漏损失和端部二次流损失都是减小的。     

低转折角叶片弯曲作用的实验研究

在低速平面叶栅风洞上,对具有不同正弯曲角叶片的透平矩形静叶栅进行了吹风实验.叶栅展弦比h/b=0.68,叶片转折角θ=71°.分析了叶片正弯曲对叶栅气动特性的改善作用及减小端部损失的机理.讨论了冲角、叶片弯曲角和出口条件对叶片正弯曲作用的影响.图9参7     

近零冲角下环型压气机叶栅的弯曲叶片表面静压的研究

在环型扩压叶栅实验风洞上对近零冲角进口流场畸变下的常规直叶栅、正倾斜叶栅、正弯曲叶栅、S型叶栅进行了叶片表面静压测量，分析了不同的弯曲叶片对表面静压分布的影响。结果表明正弯曲叶片、正倾斜叶片和S型叶片可以提高根部静压．减小了低能流体在轮毂区的堆积，流场结构大为改善，轮毂区的气流分离和堵塞减轻，提高了扩压能力，降低轮毂区的端壁损失。     

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。     

非光滑叶片对叶栅出口能量损失系数的影响

在低速平面叶栅风洞中对４种具有不同几何尺寸流向微槽的非光滑叶片叶栅进行了实验研究,主要研究非光滑叶片对叶栅出口能量损失系数的影响。实验结果表明,采用非光滑叶片可以减少叶栅损失,相对减少最多１６．５％,最少９．１％。     

汽轮机末级模化叶栅的静态实验研究及其槽道内流场的数值分析

在低速环形叶栅风洞中，对国产３００ＭＷ汽轮机低压末级静叶的模化叶栅进行了实验研究。用全三元欧拉计算程序数值模拟了模化叶栅的流场。通过两个不同方案的吹风实验和数值计算，讨论了在实际工程应用中弯扭叶片对改善流场的作用。图６参９     

低速条件下展弦比对弯叶片扩压静叶栅流场性能的影响

为观察弯叶片在扩压叶栅中的适用条件,在保持其它条件不变的情况下,对一直列叶栅三种展弦比条件下的弯叶片流场进行了数值模拟。结果表明叶栅展弦比的大小对弯叶片在扩压叶栅中的作用影响较大,若展弦比增加,弯叶片改善叶栅性能的作用将增强。大展弦比叶栅中强弯叶片明显提高了吸力面角区密流系数的大小,从而改善了近端区的流场性能。在扩压叶栅中弯叶片可均化流场参数沿径向的分布,而在大展弦比叶栅中流场参数的径向分布差异较大,这应该是弯叶片在大展弦比叶栅中作用明显的主要原因。     

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。     

雷诺数对环形叶栅性能参数影响的实验研究

本文在不同雷诺数下对两套环形叶栅的出口流场进行了详细测量,得到了雷诺数与叶栅性能参数的关系曲线,实验结果表明,雷诺数是影响叶栅性能的一个很重要的参数。     

具有静止顶部间隙透平叶栅气动特性的实验研究

对具有静止顶部间隙的常规透平直叶栅和透平正弯叶栅的流道和间隙进行了测量，得到流道及间隙内的详细参数。结果表明：顶部间隙的存在对叶栅的气动性能有较大影响，使叶栅上半翼损失明显增高，叶片正弯曲减小了叶顶后的横向压力梯度，削弱了泄漏流与端壁横流及二者的相互作用，降低了叶栅的流动损失，明显改善了叶栅的出口流场。     

冲角对不同掠型压气机叶栅扩压因子的影响

对直、前掠、弯掠和后掠叶片组成的压气机叶栅进行了实验研究,结合叶栅出口能量损失分布和叶片表面静压系数的分布及叶片负荷的变化,讨论了冲角变化对不同掠型压气机叶栅扩压因子的影响以及叶栅扩压因子与叶栅能量损失和叶片负荷的相互关系。结果表明,前掠和弯掠叶栅显著改善了叶栅根部的流动．能够有效防止气流减速造成流动分离的可能;这两种叶栅轴向逆压梯度长度和叶片负荷大小的综合作用是其扩压因子在叶片两端部小于直叶栅的原因。     

涡轮叶栅二次流的热线实验研究

采用旋转单丝斜热线测量涡轮平面叶栅出口周期性三维流场,借助于Matlab的Lsqnonlin最优化函数对热线测量数据进行最小二乘拟合以求解三维速度平均量。搭建了亚音速叶栅试验风洞,研究在2种不同进口流量和3种不同的叶片高度下,热线测得的叶栅出口瞬态速度场,并分析叶栅出口的二次涡流动情况。通过比较不同的叶栅工况,发现高速进口较低速进口叶栅尾迹明显,二次流强度较大;而较小的叶高下二次流较为剧烈,导致叶栅出口平面内径向流动速度(u)、垂直于出口平面的轴向速度(w)的迅速增大和出口平面内周向流动速度(v)的显著降低。叶高的减小和气动负荷(速度)的增加都会极大地提高叶栅的二次流损失,本质上都归咎于叶栅横向压力梯度的增大。     

采用弯叶片控制高负荷涡轮叶栅内附面层迁移的机理分析

对具有128.5°折转角的高负荷平面涡轮叶栅的内部流场进行了数值模拟.结合前期的实验结果,并利用拓扑学理论,详细分析了弯叶片对叶栅内附面层发展及旋涡运动的影响.结果表明,以通道涡为主的集中涡系在高负荷涡轮叶栅中部强烈掺混,使得中部的能量损失系数(0.56)明显高于端部(0.07),这是反弯叶片能改善此类叶栅整体气动性能的原因.对附面层迁移理论作了进一步讨论后指出,在高负荷涡轮叶栅内采用弯叶片减少二次流损失时应重点考察自由涡层的迁移.