叶片表面粗糙度对透平叶栅气动性能影响的试验研究

燃气轮机的透平前温在不断提高,采用热障涂层技术是保证透平叶片能够在高温下安全工作的重要手段.但是热障涂层的喷涂会改变叶片表面的粗糙度,粗糙度的变化对透平的气动性能会有多大的影响是必须关注的问题.本文试验研究了叶片表面粗糙度对透平气动性能的影响.试验结果表明,在喷涂过程中必须控制叶片表面粗糙度,否则会显著增加损失.     

风力机翼型前缘表面粗糙度对气动性能影响

研究了目前在风力机叶片设计中常用的FFA-W3翼型设计的叶片上前缘表面局部增加表面粗糙度条件下对叶片气动性能的影响.在探讨翼型表面前缘粗糙度的形成机理的基础上,设计了在风洞中实现研究局部增加前缘表面粗糙度对翼型性能影响的实验方案,测量了相关参数并分析了实验结果.实验结果表明,在叶片压力面前缘粗糙度的增加对翼型的空气动力学性能有一定影响.     

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.     

重型燃气轮机透平叶片表面粗糙度对换热的影响

以某重型燃气轮机透平第一级静叶的叶型为研究对象,采用商业软件CFX的等效砂粒粗糙度模型研究了表面粗糙度对叶片表面换热的影响。结果表明:表面粗糙度对叶片表面附近的时均流场影响不大;但在叶片典型表面粗糙度下,压力面和吸力面的换热水平分别比光滑表面时高36.6%和33.4%,换热发生恶化;较小的表面粗糙度对叶片前缘换热基本没有影响,但当等效砂粒粗糙度增大到51μm时,无量纲线平均传热系数反而比光滑表面时减小了15%;根据叶片一维传热过程模型,在换热增强30%时,叶片金属表面平均温度上升17 K,极大地影响了叶片的寿命。     

叶片非均匀磨蚀特征对风力机气动性能的影响

结合中国西北地区风沙活动频繁的特点,以1.5 MW叶片的缩比模型作为试验用风力机叶片,设计风沙流冲蚀磨损装置,对叶片压力面沿弦向和展向分区域冲蚀。将加装冲蚀后叶片的风电机组进行车载试验,研究叶片分区域非均匀磨蚀特征对气动性能的影响。结果表明：前缘磨蚀叶片在小安装角下总体导致风电机组输出功率减小,气动性能下降,风能利用系数在31.7°安装角下降更明显;展向半冲蚀叶片小安装角时使风力机输出功率和风能利用系数均下降,而安装角增大后出现气动性能提高的积极效应;展向全冲蚀叶片小安装角时体现出积极效应,安装角增大后引起气动性能劣化。     

粗糙度对风力机翼型气动性能影响的模拟研究

选取几种具有代表性的风力机叶片翼型,探讨在光滑条件与粗糙条件下翼型的空气动力性能。通过在翼型尾缘处添加粗糙带,与原翼型进行对比得到升力系数、升阻比等变化曲线,同时分析不同表面粗糙厚度对翼型气动特性的影响。结果显示:添加粗糙带后,翼型NACA4415,FFA-W3-211的升力系数提高,翼型S822、DU91-W2-250的升力系数下降,4种翼型的升阻比降低。表面粗糙带厚度对翼型气动性能的影响存在差异性,翼型S822最适合运行于低雷诺数下的风沙环境。     

大粗糙度弦向分布对风力机气动性能影响

针对5 mm大尺度蚊虫尸体在叶片上的附积问题,采用带转捩的k-ω SST湍流模型,以NERL Phase VI风力机为研究对象,从不同弦向覆盖位置入手,对大粗糙度下风力机气动性能进行数值模拟。研究结果表明,粗糙度对风力机整体做功具有较大影响,粗糙度越大效率降低越显著;粗糙度使在叶片靠近叶尖位置的吸力面促成小型低压涡,转捩提前;该效应在大尺度粗糙条件下表现明显,附着涡强度也更大;在叶片压力面添加75%c粗糙度会使翼型产生的气动损失最大。     

带有冷气掺混的三级透平气动性能数值研究

借助NUMECA数值仿真软件,以某型燃气轮机的三级透平作为计算模型,对其在冷却气体掺混前后的流场进行了数值模拟。考虑到工质物性的影响,采用了变比热高温燃气作为计算工质。同时,针对燃气轮机透平进口的变工况问题,选取不同的透平进口总压值进行数值计算。结果表明,冷却气体的加入使得级损失增大,每列叶片流道出口速度或相对速度减小,下游叶片进口气流角减小;在三级透平冷气掺混时改变进口总压值,每列叶片流道的进口气流角几乎不变,除第三级动叶的激波损失与尾迹损失增大外,其余叶片流道的能量损失变化不明显。     

风力机翼型表面凸台的粗糙度效应研究

文章选取风力机常用翼型DU91-W2-250和NACA63-425为研究对象,通过γ-Reθt转捩模型对光滑翼型和粗糙翼型进行了二维定常模拟.用矩形凸台代替实际锯齿形粗糙带验证了模拟翼型表面粗糙度效应的可行性.通过升、阻力系数的比较和流场显示,探讨了粗糙度影响翼型气动性能的内在机理.数值模拟结果表明:矩形凸台可以有效地...     

轴承表面粗糙度对使用寿命的影响

轴承表面不同的粗糙度,对轴承磨损的程度也各不相同,而轴承的磨损直接关系到其使用寿命,因此,要研究轴承表面不同粗糙度与磨损的关系,必须选择合理的磨损测量方法,才能获得正确的试验结果。在台架试验及使用试验中,对摩擦表面质量损失的测定方法,可采用称量法。测体积法。测直径法。测壁厚法和人工测量基准法（刻痕法）。但经试验比较,应用刻痕法来研究轴承在润滑油膜中出现的磨损过程,能获得较为理想的试验结果。 一、磨损测量一刻痕法的基本原理 根据本磨损试验的要求,以及所具备的条件.采用人工基准法中的刻痕法,来测定轴承表面的质量损失。 所谓刻痕法,就是用一个可旋转的圆盘刀在摩擦面上切削出一个小月牙槽。My—2型磨损测试仪,就是利用其刻痕仪的三棱回转刀具,在需要确定其磨损的零件表面指定位置上,首先刻划成月牙形的人工基面,然后在试验前后利用显微目镜测定月牙的长度变化,即可计算出该月牙所在处的单边线性磨损。如图1所示为试验前后的月牙形状。     

表面粗糙度对风力机翼型性能的影响

讨论了风力机专用叶片上局部增加表面粗糙度，在不同分布位置、不同当量大小的条件下对叶片气动性能影响的实验研究。首先，探讨了叶型表面粗糙度的形成机理和对气动性能影响的初步原理。其次，设计了在风洞实现局部增加表面粗糙度对翼型性能影响的实验条件和实验方案。最后，对风力机专用叶型进行的叶片表面局部增加粗糙度的风洞实验，结果证明了在叶片压力面尾缘通过适当增加一定宽度、一定粗糙度的粗糙带可以增大叶片的有效升力系数。     

风力机翼型动态气动特性粗糙度敏感性研究

利用SST k-ω湍流模型模拟光滑S809翼型风力机正弦振荡时动态气动特性,并同OSU(俄亥俄州立大学)风洞试验数据进行对比,表现出良好一致性,证明了所用方法有效性。对不同粗糙度S809翼型正弦俯仰振荡时动态气动特性进行数值模拟,得到了升力系数和阻力系数迟滞回环,分析得出该翼型动态气动特性临界粗糙度为0.4 mm。进一步对粗糙度为0.4 mm的粗糙带位于翼型压力面和吸力面不同位置时的动态气动特性进行模拟和分析,指出翼型动态气动特性对吸力面前缘10%位置粗糙带最为敏感,随粗糙带高度增加,翼型动态气动性能大幅降低,动态失速攻角提前。     

煤粉光亮碳对铸件表面粗糙度的影响

煤粉光亮碳可作为煤粉的技术性能指标。光亮碳高的煤粉用于型砂,可降低铸件表面粗糙度值。     

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。     

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．     

船用燃气轮机低压压气机气动布局规律研究

为缩短燃气轮机低压压气机的设计周期,获取一维设计中各关键设计参数分布规律,同时得到最优的一维设计参数选取方案,采用基于HARIKA算法的压气机一维设计与分析程序对某型船用低压压气机流量系数、载荷系数和反动度的轴向布局方法进行了研究并提炼了各参数分布的数学模型。其中,流量系数和载荷系数沿级分布为近似单峰值的三次多项式曲线,反动度分布为"二段式",通过改变流量系数和载荷系数的峰值点坐标和改变特定级反动度和反动度变化步长的方法,研究了不同布局方式对效率、喘振裕度以及压比的影响,最后结合优化算法得到了最优参数分布方案。结果发现:流量系数峰值位置在第6级,载荷系数在第5级或第6级时效率和喘振裕度性能较好;第四级反动度取值0.5～0.52时效率较高;相比载荷系数和反动度,流量系数对非设计工况性能影响更为显著,优化后的参数分布方案在各转速下喘振裕度均有所提高。     

主动式气动滑片对翼型气动及噪声特性影响研究

动态失速现象严重影响风力机气动性能,在翼型前缘布置主动式气动滑片可有效改善失速现象。为此基于NACA0012翼型,通过数值模拟研究气动滑片对翼型气动性能及噪声特性的影响。结果表明：前缘气动滑片可有效提高翼型上仰过程中的气动性能,较原始翼型气动滑片翼型的平均升力系数提高24.2%、阻力系数降低11.7%;翼型上仰过程中,气动滑片可抑制前缘分离涡向尾缘发展,延缓前缘与尾缘分离涡的融合,阻止分离涡从翼型表面脱落;气动滑片并未增加翼型噪声水平,但降低了翼型尾缘压力功率谱主频;当改变翼型折合频率时,气动滑片翼型的总声压级与原始翼型保持一致。     

透平叶片的气动优化设计系统

发展了一个叶轮机械叶片全三维粘性杂交问题的气动优化设计系统。该系统包括分析技术与组合优化技术的耦合：前者基于高精度、鲁棒型的数值分析方法，已成功地用于蒸汽透平叶片的流动分析．并经详细考核已将其纳入到了实际的叶片气动设计体系；后者基于优秀的iSIGHT商用优化平台．通过对多种优化方法的集成从而发展了组合的叶片全三维气动优化策略。数值结果与试验数据的比较表明了这一气动优化设计系统真正纳入到工业设计体系是完全可能的。