弯叶片降低损失机理的实验研究

通过三类低展弦比涡轮叶栅气参数的详细测量与壁面（包括上、下端壁与叶片表面）流动显示,研究了叶片弯曲降低能量损失的机理。实验结果表明：在不叶栅几何参数下,叶片弯曲形式的选择取决于叶栅内涡量场与长量场的适量匹配。     

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.     

涡漩腔控制静叶栅二次流的数值研究

采用CFD软件Fluent数值求解了前缘开设涡漩腔的涡轮静叶栅的三维流动,分析了叶栅沿流向各截面二次流及叶栅的气动特性.研究发现在叶片前缘开设的涡漩腔构造可以明显地降低叶栅二次流损失.通过所开设的涡漩腔的深度和角度不同的三个方案的比较,发现深度和角度越大的涡漩腔方案控制二次流的效果越好.涡漩腔的减损效果可以解释为由于涡漩腔的吸取作用,使得边界层内湍流度增加以及边界层厚度减少.     

低稠度涡轮导向叶片端壁高效气膜冷却特性研究

采用低稠度涡轮导向叶片设计方案，可减少导向叶片的用量，减轻涡轮重量，降低发动机冷气用量及耗油率，但同时也带来导向叶片端壁冷却负荷增大等问题。依据低稠度涡轮导向叶片端壁的结构与流动换热特点，制定了槽缝和气膜孔共同冷却的方案。通过数值模拟和分析，重点研究了低稠度涡轮导向叶片端壁前缘气膜孔在不同方向角、孔数、孔径以及叶栅通道中气膜孔布置等条件下的流动及冷却特性。研究结果表明：对低稠度涡轮导向叶片端壁前缘气膜孔进行优化设计，可以有效克服导向叶片端壁前缘高强度马蹄涡对于气膜冷却效果的不良影响；在叶栅通道内合理设置气膜孔，可以改善通道内复杂涡旋对端壁气膜的卷吸作用，提高气膜冷却效果；当槽缝和气膜孔中的冷气流量比分别为3%和2%、气膜孔方向角为45°、气膜孔直径为1.25 mm、叶片前缘和叶栅通道气膜孔数分别为8和1时，叶片端壁表面被冷气膜全部覆盖，此时端壁面平均气膜冷却效率相对最高，达到53.7%。     

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。     

正弯叶片降低叶栅内部损失的数值模拟

计算了直叶片及正弯叶片流场,计算结果表明叶片正弯曲在流道内,尤其是吸力面表面建立起“Ｃ”型静压分布,抑制了径向二次流动;而横向压力梯度的减弱将有利于减少横向流动损失。通过对涡量等值线的分析表明,正弯叶片栅中的马蹄涡及通道涡的尺度及强度均较直叶片中的小,而由能量损失系数分布图可知,采用正弯叶片可以降低叶栅内部流场中的能量损失。     

涡轮平面叶栅设计工况下旋涡结构分析

为了揭示涡轮流道内旋涡结构的空间演化规律,本文采用数值模拟方法对某型涡轮平面叶栅内部流场进行了详细的拓扑分析。首先,利用已有的平面叶栅吹风实验结果对数值模拟结果做了详细的校核,对比结果表明实验结果和数值模拟结果在叶栅气动性能的变化趋势上保持一致,因此用数值模拟结果来定性分析叶栅旋涡结构具有可行性。通过对叶栅流道内部和出口若干个截面上的二次流流线的分析,建立起该涡轮平面叶栅流道旋涡结构,结果表明该叶栅旋涡结构呈上下对称分布,共存在六个旋涡,即上、下马蹄涡、上、下通道涡、上、下集中脱落涡。最终,通过建立叶栅三维定常旋涡结构,明确了叶栅流场内旋涡演化规律。     

LDV实验测量气冷环形涡轮叶栅内部流场

采用LDV对气冷环形涡轮叶栅流场三维平均速度进行实验测量,研究孔射流对环形涡轮叶栅流场的影响。实验结果表明,由于孔射流的影响,在孔下游靠近叶片表面处形成回流区,回流区速度随着下游距离的增加逐渐减弱,同时射流在与主流的掺混过程中产生反向涡对。在涡轮叶片的吸力面和压力面,由于壁面曲率、来流附面层状态和压力梯度的差异,射流与主流的掺混以及流场结构也有所不同。在压力面侧,射流与主流掺混形成的反向涡对比较明显,射流尾迹的影响范围也较吸力面大。     

燃气透平静叶栅的弯扭气动设计分析方法

给出了一个适用于弯扭燃气涡轮静叶栅的气动设计分析通流计算方法。采用Ｓ２流面流函数方程做为主控方程，而热力气动参数的计算采用变热比求解方法，损失模型以修正的安利－马歇森模型为基础，二次流损失的计算考虑了弯叶片的影响。用此方法对一小展弦比涡轮级静叶栅进行不同弯曲角的弯扭联合成型气动设计，合理地反映了叶栅内流场特性。     

考虑变比热的冷却涡轮弯曲叶栅流场的数值模拟

对采用弯曲叶片的某型高压涡轮导向器有／无冷气喷射时的栅内流场进行了数值模拟。应用了以冷气源项反映冷气掺混影响的三维变比热计算方法。结果表明,弯曲叶栅内的冷气喷射导致了马赫数和温度的变化;叶片表面和端壁得到有效的低温保护;在相同冷气流量下,压力面附近温度降低较吸力面明显,冷却气膜的作用也更为有效;栅内二次流对冷气分布有影响。     

环形扩压叶栅弯叶片对流场性能的影响

对比研究了直叶片叶栅与弯叶片叶栅吸力面角区和下端壁流场显示的不同表现,发现弯叶片对角区分离流结构影响较大,它对减小端区马蹄涡尺度和减弱横向二次流作用明显。将不同叶栅中三维流向涡（通道涡和集中脱落涡）沿流向截面内的位置与强度作为研究对象,细致地分析了在采用弯叶片前后涡位置和强度的变化,分析表明两种涡的位置受弯叶片影响较大;通道涡沿流向的强度变化受弯叶片影响较为明显,而集中脱落涡强度受弯叶片影响却很小。来流马赫数、叶型折转角和稠度在一定范围内对弯叶片作用有规律性影响：当马赫数为0．7时,最佳弯角弯叶片降低损失7％．而马赫数为0．2时,最佳弯角弯叶片降低损失仅4％。     

Investigation of Internal Flow in Ultra—Highly Loaded Turbine Cascade by PIV Method

IntroductionSeveral investigations for highly loaded turbineblades have been tried in order to increase the turbineloading and the turbine inlet tempefature["']. Thehighly loaded tUrbine blades are able to reduce both thenumber of blades and the stages. Thus, the highly loadedturbine cascades can reduce the weight and theproduction cost of turbojet-engines. However, in order toachieve the high loading of the turbine blade, the highturning angle is necessmp. As the consequence, the strongt…     

弯曲叶片涡轮叶栅二次流损失计算经验模型

根据倾斜、复合弯曲平面叶栅的实验数据的分析,提出了一个适用于弯扭气动成型设计的涡轮叶栅的二次流损失计算模型,此模型反映了叶片倾角、展弦比、叶栅稠度等诸因素对二次流损失大小以及分布规律的影响。用此模型预估了直、弯两种叶片形式下的一小展弦比燃气涡轮导向器的损失值,模型计算值同试验测试结果吻合得很好。     

前掠叶片表面等熵马赫数分布的数值研究

采用数值模拟技术详细地研究了不同掠高的某蒸汽轮机末级前掠叶片表面等熵马赫数的分布。通过对计算结果的分析,讨论了该种叶栅内流动损失产生的机理。     

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。     

“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。     

Comparison of the near‐wake between actuator‐line simulations and a simplified vortex model of a horizontal‐axis wind turbine

The flow around an isolated horizontal‐axis wind turbine is estimated by means of a new vortex code based on the Biot–Savart law with constant circulation along the blades. The results have been compared with numerical simulations where the wind turbine blades are replaced with actuator lines. Two different wind turbines have been simulated: one with constant circulation along the blades, to replicate the vortex method approximations, and the other with a realistic circulation distribution, to compare the outcomes of the vortex model with real operative wind‐turbine conditions (Tjæreborg wind turbine). The vortex model matched the numerical simulation of the turbine with constant blade circulation in terms of the near‐wake structure and local forces along the blade. The results from the Tjæreborg turbine case showed some discrepancies between the two approaches, but overall, the agreement is qualitatively good, validating the analytical method for more general conditions. The present results show that a simple vortex code is able to provide an estimation of the flow around the wind turbine similar to the actuator‐line approach but with a negligible computational effort. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.