掠高对涡轮静叶栅气动性能的影响

采用数值模拟技术对轴向前掠,轴向后掠和原叶片进行计算,研究掠高变化对涡轮静叶栅气动性能的影响.结果表明:叶片前掠时,掠高增大使反C型压力分布加强,而反C型压力分布使端壁损失增大,但前掠减小了流道主流区的总压损失.叶片后掠时,掠高增大使C型压力分布被加强,而C型压力分布使端壁损失减小,但后掠增大了流道主流区的总压损失.     

低展弦比涡轮静叶栅叶片正弯曲作用的试验研究

对弯曲叶片研究中代表性的HIT涡轮静叶型重新开展了叶片弯曲对低展弦比涡轮静叶栅流场影响的试验研 究。测量了直叶片叶栅、+10°、+20°和+30°弯曲叶片叶栅的进、出口流场,分析了叶片弯曲对叶栅出口二次流、 总压损失和气流角的影响。结果表明:对该叶型叶栅,叶片正弯曲既不能大幅度降低叶栅二次流损失,也不能改 善叶栅出口气流角沿叶高的分布:叶栅出口二次流动、尾缘涡及壁角涡随叶片正弯曲角的增大而增强,而通道涡 强度和位置变化不大;该研究结果同以往有关文献的研究结果完全不同。     

叶片反弯曲对涡轮静叶栅流场影响的试验研究

对一典型涡轮静叶型开展了叶片反弯曲对涡轮静叶栅流场性能影响的试验研究。测量了直叶片叶栅和-10°、-20°弯曲叶片叶栅出口流场。结果表明,对该叶型叶栅,随着叶片反弯曲角的增加,叶栅出口通道涡的强度和尺度稍有增大,但位置变化不太明显,尾缘涡有所减弱,叶栅中部和端部横向二次流均增强;随着叶片反弯曲角的增加,叶栅中部损失变化不大,而端部附近损失明显增大,使叶栅总损失增大,直叶栅总损失最小。     

叶片正弯曲对涡轮静叶栅流场影响的试验研究

对一典型涡轮静叶型开展了叶片正弯曲对涡轮叶栅流场性能影响的试验研究。测量了直叶栅和 +10°、+2 0°、+30°弯曲叶片叶栅出口流场。结果表明 ,对该叶型叶栅 ,随着叶片正弯曲角的增加 ,通道涡一直位于叶栅端壁附近 ,其强度变化很小 ,但叶栅出口尾缘涡明显增强 ,并向叶栅中部扩展 ;同时 ,随着叶片正弯曲角的增加 ,叶栅端部总损失变化不大 ,但叶栅中部总损失迅速增加 ,导致叶栅总损失随叶片正弯曲角的增加而增大 ,直叶片叶栅总损失最小     

低压涡轮Spoon叶片设计技术平面叶栅数值研究

为探索低压涡轮Spoon叶片设计中叶型厚度和厚度径向分布对叶栅性能影响,以低压涡轮平面叶栅为研究对象,对不同叶型最大相对厚度和厚度径向分布情况下叶栅流场和性能开展了数值模拟研究,研究结果表明:Spoon叶片设计存在叶片性能与重量最优组合,最佳叶型最大相对厚度为0.2左右;叶片增厚径向范围应不小于二次流影响区域,综合考虑叶片性能与重量因素,10%以下叶高与端区最大厚度一致,然后线性变化到20%叶高的厚度分布变化规律最佳。     

燃气涡轮静叶表面气膜冷却效率实验研究

采用放大的燃气涡轮静叶模型,利用大尺度叶栅风洞进行实验,测量了涡轮静叶表面完全气膜覆盖下气膜冷却特性。风洞实验段由三个叶片组成,中间叶片为实验叶片,由有机玻璃制成。对叶片前腔和后腔表面换热情况分别进行实验,主要研究了不同主流雷诺数及不同质流比对气膜冷却效率影响。研究结果表明:气膜对前腔壁面冷却效果总体上优于后腔壁面,在叶片不同区域气膜冷却效率变化规律有所不同。     

涡轮叶栅通道中的流动显示

在大尺寸低速叶栅传热风洞中对一种高压涡轮导向叶栅的流场进行了流动显示实验研究。分别采用线簇和小球浮动法对五个雷诺数下的叶栅端壁区三维流场、叶片表面和端壁表面的流动进行了显示。实验结果表明 :涡轮叶栅中有强烈的二次流动 ,并存在复杂的涡系 ;三维流动区约占叶栅通道的 40 % ;雷诺数的增大将增强端壁区的三维流动。流场显示图片说明 :叶片吸力面靠近端壁有角涡形成与发展 ,并存在一个三角形区域 ;流场显示的通道涡大小与流场测量结果吻合。本文的实验结果可用于分析端壁表面和叶片表面换热特性的形成机理     

二次流对冷却低压涡轮流场影响的数值研究

采用数值方法研究了冷气和封严气对低压涡轮内部流场的影响。在设计膨胀比下详细对比分析了冷气和封严气的流量变化对涡轮表面静压、叶栅通道马赫数、叶栅损失及流场结构的影响;计算结果表明：冷气流量增加,低压涡轮膨胀比增加,低压涡轮导叶和动叶表面载荷增加;导叶叶栅通道主流马赫数减小而转子的主流马赫数变化较小;冷气流量变化对导叶40%叶高以下区域、转子径向40%叶高以下和80%～90%叶高区域的总压恢复系数和能量损失系数影响较大。轮毂和机匣封严气呈束状进入转子叶栅通道且腔内封严气流动受旋转轮盘抽吸效应影响较大。     

大膨胀比局部进气涡轮叶栅流场数值模拟研究

为探究局部进气对涡轮叶栅内部流场的影响机理,本文针对某大膨胀比涡轮叶栅,采用数值模拟方法,对局部进气条件下涡轮叶栅内部流场开展了详细的研究与分析,并研究了不同的出口马赫数与来流攻角下局部进气涡轮叶栅内部流动规律和机理.结果表明:局部进气导致涡轮叶栅中马赫数分布发生变化,在涡轮叶栅进口出现高马赫数区域和弓形激波,进口气流...     

不同前缘气膜冷气流下某涡轮叶栅流场分析

针对引入前缘气膜冷却的某高压涡轮转子叶片，运用NUMECA进行建模，对引入气膜冷却后的涡轮叶栅流场进行分析，得到了加入前缘气冷后温度、速度、总压等参数的变化。再改变前缘气膜冷气流量，得到了不同流量工况下涡轮叶栅流场的变化情况。通过计算得到结论，冷气流量增大，气膜与叶片壁面分离位置提前，整体流速更快到达最大值且沿着壁面下降更快。冷气流量减小，冷却效率降低；吹风比越大，不同冷气流下冷却效率的变化更为集中；但随着冷气流的改变，总压恢复系数没有发生本质变化。     

掠动叶对小型轴流风扇转子气动及声学特性的影响研究

通过前掠、后掠以及径向小型轴流风扇转子流场的数值分析，研究了掠动叶对转子气动及声学特性的影响及其作用机理，并给出了由转子尾缘旋涡脱落而诱发的紊流噪声压值分布，该分布说明了前掠动叶提高了转子的声学特性。     

前掠风扇动叶三维数值分析

对某单级前掠风扇动叶在三维环境中进行数值分析。以普通直叶片为原型,对其前缘曲线进行改型,得到前掠转子叶片,运用三维粘性流体计算软件Fine／NUMECA对该单级前掠风扇设计转速下的三维流场进行了计算,重点对比分析8个状态下前掠叶片和普通叶片的特性线。结果表明：前掠叶片喘振裕度高于普通叶片的原因是其尖部附近的承载能力强;前掠叶片并不能在所有状态下提高效率,其在效率方面的主要优势在较高的负荷下才能体现出来。     

Lifting-surface theory of straight cascades of swept blades

Lifting-line and lifting-surface expressions are derived for the steady irrotational incompressible flow through a straight cascade of swept blades of finite length and constant loading along the span, the main object being to study the three-dimensional perturbations arising from the presence of the end walls and to determine the warped shape of the blade camber surface. The blade axis is taken perpendicular to the blade-to-blade direction, as an approximation to conical flow with radially set blades. The solution, in terms of the velocity potential, is based on the author's analytical expressions for cascades of unswept blades of varying circulation along the span. Numerical results are presented for a wide range of cascade geometries, and the effects of several cascade parameters upon the wall-induced three-dimensional perturbations are discussed. In particular, it has been found, for most geometries used in practice, that a good approximation is obtained by superposing the disturbances due to the two walls separately.     

轮毂间隙对轴流风机性能和流场影响的数值与实验研究

采用实验和数值模拟的方法,研究了有、无转、静子间轮毂间隙的轴流风机的性能和流场,考察了轮毂间隙对风机性能和流场细节的影响。结果表明:轮毂间隙对风机性能的影响很大,使风机全压和静压都有较大幅度的下降;转子中的流动稍有改善,但静子中流动大幅恶化;由泄漏流引起的回流、分离和旋涡等使静子中靠近轮毂处流场十分复杂。     

基于Pumplinx的螺杆泵性能优化仿真研究

为了得到螺杆泵转子直径与定子导程对泵性能的影响规律,基于Pumplinx软件对橡胶定子单头单螺杆泵进行非稳态数值计算求解,在此基础上探究了不同压差条件下无量纲参数T/D对螺杆泵流量、水力效率以及轴向力的影响进行分析并基于此进行性能优化。结果显示,随着T/D的增大,泵流量增加,轴向力基本保持不变,而水力效率先增大后减小,其最优值出现在T/D=4.5时;螺杆泵定子转子啮合区域的泄漏较为明显,且随着T/D的增大泄漏量增多。因此为了得到更高的效率,T/D宜优化至4.5;为了得到更大流量的同时不牺牲效率,T/D宜优化至5.4。此外,数值计算与试验结果较为一致,偏差不超过3.5%,表明该螺杆泵仿真方法具有参考价值。     

设计工况下离心压气机内部动静部件耦合非定常流动的数值模拟

以设计工况下离心压气机内部动静部件耦合的非定常流场为研究对象,采用ＰＩＳＯ算法求解了包含绝对速度与相对速度的、统一形式的运动方程组。计算结果与试验测量结果比较,说明计算结果是可靠的;计算结果同时说明,只有采用非定常算法,才有可能较好地描述动静部件耦合的流场。     

正弯静叶对某多级压气机变工况特性的影响研究

对某13级轴流压气机的内部流场进行了全三维数值模拟数值分析。针对原型压气机变工况运行时静叶吸力面角区位置流动分离较为严重的情况,进行正弯优化设计,探讨正弯叶片的引入在全工况范围内对压气机前三级的流动特性带来的影响,并重点分析改型前后近喘振点的流场特征。结果表明,适当的弯叶片可以抑制角区闭式分离的发生和发展,从而恢复角区的扩压能力,并获得整个流场的改善,最终提高压气机的压比、效率和喘振裕度,同时级间匹配良好,变工况性能明显优于原型。     

叶尖碰摩诱发的转子系统振动响应数值分析与试验研究

针对透平机械中叶尖碰摩诱发的转子系统振动问题,基于转子-叶片-定子耦合系统模型,通过对叶尖碰摩过程的数学表征,采用谐波平衡法和Newmark-β法,分别对转定子的稳态响应和瞬态响应进行数值计算,并分析了不同参数对系统振动响应的影响。通过分析发现,叶尖碰摩下的转定子稳态响应会呈现出“硬式”非线性特征;偏移量增加会导致峰值偏移提前,非线性特征更明显;接触刚度增加使得系统的振动加剧,并且离散性增加;叶片数增加后,“削峰”现象更加明显。由于定子的约束,系统的瞬态响应峰值明显被限制了,同时,在过临界转速后,系统会出现一个不稳定运动,使得系统振动出现瞬时增加。除了仿真分析,还基于转子-叶片碰摩试验台,对叶尖单侧碰摩下的转子和定子振动位移进行了测试。从测试结果可知,转轴的振动响应也会体现叶片的振动特征,而从定子的振动响应中可以看出由于转子涡动导致的频率调制现象。     

Effect of teeth bending and mushrooming damages on leakage performance of a labyrinth seal

To achieve higher aerodynamic performance, turbine usually works at tight clearance, which results in inevitable rub between the rotor and stator parts of labyrinth seal due to vibrations, misalignment, mechanical force, thermal stress, etc. In the rubbing events, contact between labyrinth fin and rotor part will commonly induce the teeth bending and mushrooming damages, which significantly affect the discharge performance of a labyrinth seal. To account for the influence of teeth bending and mushrooming on leakage performance of a straight-through labyrinth seal, the leakage rates and flow fields in the worn labyrinth seal are measured and also compared with the original design cases. With numerical methods, the discharge behaviors of the labyrinth seal with different degrees of bending and mushroom damages are analyzed. It shows that the predicted leakage performance and flow fields in the labyrinth seals match well with the experimental tests. For the bending cases, the leakage rates and flow patterns in labyrinth seals are dependent on the effective clearance and bending angle. The leakage ratio of forward bending case is smaller than that of backward bending case with the same geometrical dimensions. However, for the mushroomed labyrinth seals, the leakage rates and flow patterns are much dependent on the effective clearance but slightly dependent on the mushroom radius.     

屏蔽套形变对环形间隙轴向流阻的影响研究

针对核主泵屏蔽电机中内冷回路上下支路流量分配的预测问题,研究了屏蔽电机定子屏蔽套变形规律及其对间隙环流轴向流阻的影响规律.采用有限元方法计算了内冷介质高压作用下定子屏蔽套轮廓的圆角沟槽状变形特征,并进行了实验验证.采用计算流体动力学方法研究了界面非圆轮廓形变对间隙流场的影响,通过变参数分析与数学拟合,建立了核主泵屏蔽电...