直列叶栅气动性能的实验与数值研究

在直列叶栅吹风实验的基础上，借助于现代计算流体动力学技术，讨论应用数值方法来模拟叶栅内部的实际流动，以期获取大量真实可靠的流动信息。提出了二阶精度隐氏矢通量分裂差分方法并发展了求解三维叶栅内部粘性流动的计算分析软件包ＣＡＳＦＬＯＷ３Ｄ。数值计算表明。该软件包具有健壮性好，精度高，收敛快，使用简单方便等优点，流场计算结果与实验符合较好。     

平面叶栅中两类叶型探针影响特性的对比研究

采用平面叶栅吹风试验方法,针对压气机叶栅中两类叶型探针（A类、B类）的影响特性进行对比研究,在整理分析原型叶栅变工况流动特性的基础上,从叶片表面等熵马赫数、总体性能参数与栅后尾迹等三个层面详细考察了两类叶型探针的影响程度及变化规律。研究结果表明：对于叶栅通道内没有激波的亚音流场环境,A类探针的综合影响程度略小于B类探针,而对于叶栅通道内会形成强激波的跨音流场环境,A类探针的综合影响程度要大于B类探针;A类探针对叶栅出口尾迹分布的扰动作用大于B类探针,预示在压气机多叶排环境下B类探针的工程适用性更好。     

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。     

直列叶栅气动性能的实验与数值研究

对某直列叶栅吹风实验，总结出型面损失、端部次流损失及出口气流角的分布曲线。     

新型极小展弦比叶栅的叶型研究

以数值手段分析研究了具有不同极小展弦比的改型设计的后加载透平叶栅的内部定常三维粘性流动及损失，同时对该透平叶栅在不同出口马赫数和进气角下进行平面叶栅吹风实验。数值分析结果和实验结果表明，后加载叶栅在极小展弦比下能有效控制叶栅内二次流动的形成，具有低的三维叶栅损失。     

“后部加载”叶型气动性能的研究

为了对具有“后部加载”叶型叶栅的气动性能进行了深入的了解,本文在环形叶栅低速风洞上对具有“后部加载”叶型的常规直叶片栅和弯叶片栅进行了吹风帝验,实验结果表明：采用先进的“后部加载”叶型和弯曲叶片较大地改善了静叶栅的气动性能。     

离心压气机错排叶栅扩压器性能研究

依据叶片设计的基本理论,在原设计单列圆弧叶栅扩压器的基础上,根据相似准则设计了一种新型的双列错排叶栅扩压器;同时利用NACA叶型又设计了另一种双列错排叶栅扩压器。随后重点对三种扩压器与离心叶轮相连后的结构性能进行了详细的三维粘性数值模拟研究,并对流场中的压力、速度、极限流线和熵分布情况进行了全面的分析。研究结果表明：基于NACA叶型的双列错排叶栅扩压器可以更好地利用叶轮出口的动能,从而提高叶轮-扩压器结构的效率;但若叶栅的叶型设计不合理,则会使总压比降低,效率反而降低,即叶型对错排叶栅扩压器的性能影响较大。     

A_40_叶型串列叶栅的试验研究

本文根据A_(40)叶型串列叶栅试验,给出了串列叶栅气动参数随冲角变化的关系曲线,计论了缝隙收敛度对流动状态的影响,进一步充实了缝隙流动机理的阐述。为工程设计提供了可靠的依据。     

基于大涡模拟及实验的压气机叶栅角区分离研究

为了研究叶栅内部的流动特性,以及不同攻角下的角区分离模式,对压气机叶栅流场进行了分析。针对两种攻角条件下的平面叶栅模型,采用瞬态雷诺时均(URANS)以及大涡模拟(LES)湍流模型进行了数值模拟研究,并结合叶栅风洞实验验证了数值模拟结果的准确度。对比研究了零攻角以及10°攻角下的叶栅出口流场,叶栅、端壁表面极限流线,以及角区分离结构。研究结果表明:LES能够较好地对角区、尾迹损失进行预测,但URANS在大攻角下的模拟则与实验偏差较大;零攻角下吸力面出现层流分离泡、转捩以及再附现象,而大攻角下吸力面前缘未出现层流分离,而是直接发生转捩以及再附现象;与零攻角相比,10°攻角下的角区分离在展向范围未发生明显变化,在横向范围有小幅度增加,但吸力面附面层分离导致尾迹范围扩大了接近130%,同时总压损失系数提高了接近135%,即大攻角下的主要损失是由吸力面附面层分离以及尾迹损失带来的,而非角区分离。     

905mm叶片的平面叶栅气动特性试验综合分析

一、概况随着汽轮机单机功率的增大,其末级或次末级越来越多地采用长叶片。长叶片的应用不仅可以满足功率增大的要求,而且可以简化结构和降低热耗。上海汽轮机厂使用905mm 叶片代替原869mm 叶片后,将使叶片数减少,预计热耗可下降1～1.2%,若再降低背压,热耗可降低1.5%左右。这不仅     

不同积迭型线对压气机叶栅气动性能影响研究

数值研究了积迭型线构造型式对正弯曲扩压叶栅气动性能的影响。结果表明,弯曲叶片显著减弱叶栅端区的低能流体聚集,叶栅总性能的改善取决于弯曲角度及积迭线型式的优化选择;小弯角、三段直线加曲线过渡的积迭线型式降低叶栅总压损失达20％以上,是一种较为理想的设计方案。     

优化型300MW汽轮机静叶栅对比试验研究

对优化300MW汽轮机高压第九级静叶栅的73A和73B两套改型方案在冲角为-20°、0°和 20°的条件下进行了环形叶栅对比试验。实验结果表明,由于在73B中采用了先进的"后部加载"叶型,并精心选择了前后缘直径及合理匹配了出口逆压段长度与逆压梯度值,73B与73A比较,流动性能有明显提高,流动总损失降低了21.8%。     

不同冲角端壁翼刀控制压气机叶栅二次流的实验研究

对不同冲角下端壁翼刀安装在不同周向位置的压气机叶栅进行的实验研究,结果表明,叶栅总损失随翼刀位置的变化趋势是远离吸力面时损失降低,靠近吸力面时损失升高,冲角变化时叶栅总损失降低的最佳翼刀位置发生变化;在距离吸力面位置70%相对节距处安装翼刀后叶栅总损失在一定的冲角范围内(-9°~+6°)仍然比常规叶栅低。在负冲角下,安装翼刀对流道内流动的影响有随冲角的增大而减小的趋势;在正冲角下,安装翼刀对流道内的影响有随冲角增大而加强的趋势。     

不同参数端壁翼刀控制二次流机理的实验研究

不同周向和轴向位置的压气机叶栅上安装1／2轴向弦长翼刀的叶栅出口流场测量结果表明,两种方案的叶栅总损失随翼刀周向位置变化的总体趋势是翼刀靠近压力面时叶栅总损失降低。翼刀安装在流道前半部的最佳周向位置是距离吸力面60％相对节距处;安装在流道后半部的翼刀最佳周向位置是距离吸力面80％相对节距处。通过对比初步探讨了翼刀减小二次流损失的机理：一方面通过降低流道内端壁附面层内横向压力梯度,减弱低能流体向吸力面／壁角区的堆积;另一方面是通过产生的反向翼刀涡限制马蹄涡的压力面分支发展,从而减小通道涡的尺寸和强度。     

来流马赫数影响高负荷扇形扩压叶栅气动性能的研究

为研究亚音速高负荷扇形扩压叶栅NACA0065-K48的变工况性能,采用数值方法研究了来流马赫数对叶栅气动性能和流场结构的影响,来流马赫数的取值范围为0.3～0.8。计算结果表明:随着来流马赫数的增大,叶栅静压比不断提高,但总压损失先减后增,马赫数在0.5～0.7范围内叶栅具有较好的综合气动性能。扇形叶栅下角区分离程度大于上角区的不平衡流动现象会随着马赫数的增大而加剧,通道涡则是这一发展趋势的主导,且马赫数达到0.7之后,下角区通道涡与集中脱落涡趋于融合。此外,下端壁分离螺旋点的形成与发展是控制下角区分离程度和损失大小的关键。     

大小叶片扩压叶栅气动性能与流动结构实验研究

针对45°叶型转折角扩压叶栅及增加小叶片后组成的大小叶片叶栅,分别测量了其在设计工况及不同气流攻角下的叶栅气动性能,通过PIV实验获得了对应工况下的叶栅内部流动状态.结果表明：增加小叶片后,叶片压力面至吸力面的压力梯度明显降低,大叶片载荷降低;在设计工况下,叶栅气流落后角仍可参考霍威尔半经验公式进行计算,但偏离设计工况后,该公式存在较大误差;大小叶片叶栅的气流落后角仅在小气流攻角下明显减小,在其余工况下变化不大;不同气流攻角下小叶片对大叶片表面气流流动分离起到约束作用;在设计工况至大气流攻角工况变化过程中,叶栅扩压损失有所降低.     

某轴流式压气机气动不稳定的相关积分分析

研究了某轴流式压气机节流试验中的气动不稳定问题。运用非线性的相关积分方法对压气机机匣壁面沿程静压信号进行了分析。结果表明,压气机静叶通道机匣壁面给定点静压信号的相关积分值随着发动机工作状态的不同有规律的发生变化,反映了对应位置的流动分离状况;压气机沿程各级静叶通道机匣壁面静压的相关积分值可以反映不同工况时压气机各级叶尖的流动匹配情况;压气机第一级静子机匣壁面静压信号的相关积分值可以反映中低转速工况下放气带开关状态对转子端壁流态的影响。研究还表明,压气机静子机匣壁面沿程静压信号的相关积分分析是进行压气机气动稳定性监控诊断的一种有效手段。     

正倾斜叶片压气机叶栅二次流的数值研究

应用Beam-Warming近似隐式因子分解格式以及MML代数湍流模型,采用拟压缩性方法求解雷诺平均拟压缩N－S方程组,对正倾斜叶片压气机叶栅内三维粘性流场进行了数值研究,并与直叶栅进行了对照。结果发现,正倾斜叶栅中上、下通道涡的发生、发展过程与直叶栅存在明显的差异,这导致正倾斜侧二次流减弱,负倾斜侧二次流高损失区扩大,流动状况恶化,叶栅顶部区域的附面层分离发展成一个向叶栅中部扩展的更大的区域。计算与实验结果比较,两者吻合较好。     

粗糙度对压气机叶栅性能影响研究

受工作环境的影响,空气中的杂质进入到压气机内部,这些杂质冲击压气机部件表面造成壁面粗糙度增加,严重时会造成叶片损伤,严重影响压气机的安全稳定运行。为了分析粗糙度造成压气机性能衰退的气动原因,首先需要研究粗糙度对叶栅性能的影响。选择某双弧形压气机叶栅作为研究对象,首次使用一种多控制点叶型型线变化的方法模拟二维粗糙叶片表面,从而实现粗糙叶片的物理模型体现。数值模拟计算过程中避开了传统的、经验式的壁面函数方程,提高了数值模拟对于粗糙表面的计算精度。研究了不同粗糙度以及不同粗糙位置条件下叶栅各方面的损失变化。研究结果表明：当叶栅表面完全粗糙时,尾迹损失值较光滑叶栅升高33%;叶背前缘20%位置的粗糙度对叶栅性能影响最大。