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。     

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％。     

端壁射流对高压涡轮二次流损失影响研究

为了研究端壁射流对端区二次流动的控制效果及作用机理,以GE-E3高压涡轮为研究对象,采用数值模拟的方法,在涡轮进口总温为711 K、总压为345 951 Pa、出口静压为89 177 Pa和动叶转速为8 279 r/min的条件下,分析射流位置、角度及射流比等参数对控制效果的影响.结果表明:端壁射流能够有效组织涡轮内部...     

某氦气涡轮弯叶片设计方法研究

氦气涡轮高负荷、低展弦比的特点,导致端区损失占总损失的比例较高,尤其是动叶端区损失径向发展尺度较大,甚至会 主流流动。为优化某氦气涡轮气动性能和主流流动,采用数值模拟方法对动叶进行 弯曲设计研究,分别对比了正弯、反弯、反J型设计方法,研究结果表明：此氦气涡轮采用反J型设计效果最 佳,反弯 ,正弯最差。50%弯高、20°弯角的反J型设计为最佳设计点,不仅提高了涡轮级效率 ,优化了主 流流动,增强了做功能力,而且有更好的变工况特性,尤在流量为1.5kg ／s的低工况点,效率较原设计提 高2. 3个百分点。 关键词：氦气涡轮;弯叶片;通道涡;叶顶泄漏涡     

超微涡轮动叶栅叶顶间隙对流场影响的数值模拟

通过数值求解基于雷诺时均的三维定常粘性N-S方程,结合RNGk-ε湍流模型和非平衡壁面函数,对一种超微型向心涡轮动叶栅内的流动情况进行了数值模拟。揭示了具有极低展弦比动叶栅叶顶间隙对流场参数分布和气动损失的影响,为超微涡轮的设计和改进提供了理论依据。模拟结果表明,叶顶间隙的大小对通道内马赫数分布有重要影响,其中顶部间隙射流所引发的泄漏涡与主流的掺混是主流马赫数降低的重要原因;叶顶间隙的存在使得总压损失系数均匀化,即近壁区和主流区的总压损失都较高;动叶栅在叶展方向上的载荷分布均匀,弦向载荷主要由接近尾缘的弧段承担;模拟中还解析出三维的尾迹涡,这主要是动叶栅尾缘过厚所导致,应进行叶型改进。     

中等折转角涡轮直叶栅端壁流场结构和涡系效应的分析

应用商用软件Fine/Turbo对一中等折转角涡轮直叶栅的流场进行了数值模拟,清晰地捕捉到了叶栅端壁处叶片前缘的马蹄涡及其吸、压力面分支,对马蹄涡的吸、压力面分支的相互作用过程和通道涡的发生发展过程给出了较为清晰的描述,获得了较为详细的叶栅端壁处二次流流动结构。通过对叶栅流道中各个近似垂直于流动方向的截面上的总压分布图的分析,揭示了在上述各个截面上端壁区域流动损失产生的机理。     

圆柱阵列换热器底部壁面对流换热的初步研究

圆柱阵列换热器是最具潜力的太阳能电站换热器。该文分析了圆柱阵列换热器底部壁面对流换热特性。编制了基于最小二乘法的计算程序，并据此利用现有实验数据拟合出具有普遍意义的圆柱阵列换热器底部壁面对流换热的无量纲换热参数的表达式，对比分析表明，该表达式真实地反映了圆柱阵列的存在及其尺度的变化对底部壁面换热的影响。这一结果为优化换热器结构和建立研究太阳能换热器的多区域连续数值模型奠定了基础。     

高压涡轮采用非轴对称端壁的研究

以某型高压涡轮第二级静叶为研究对象,对四种非轴对称端壁造型状况下涡轮叶栅的流动状况进行数值模拟,研究非轴对称端壁造型技术在高压涡轮中对流动产生的影响。将非轴对称端壁与轴对称端壁的计算结果对比分析,结果表明：在该型涡轮设计工况下,非轴对称端壁的应用可以明显减弱端壁处的横向压力梯度,降低出口截面处的绝对螺旋度,减少主流与二次流之间的掺混,同时使得出口气流角沿叶高分布更加均匀,改善下游动叶入口的气动条件。     

用CFD研究涡轮静叶栅的二次流损失

利用CFD软件Fluent对大转折角涡轮叶栅三维流场进行了数值模拟。采用静叶栅前移动的圆柱列替代上游动叶,发现圆柱尾迹进入叶栅流道的位置不同,对叶栅总压损失有较大影响。同时,通道内逐渐增大的横向压力梯度对二次涡发展产生了显著的影响,引起沿流向叶栅总压损失的急剧增大,认为叶高的减小会极大提高叶栅的二次流损失。     

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。     

国产300MW汽轮机高中压缸马刀型静叶开发

介绍了马刀型静叶的开发，采用这种叶片可以在很部产生逆压力梯度，从而减少了二次流损失，提高了叶片的气动效率。该机组已在洛河电厂实施，运行结果表明，各项指标都达到了设计目标。     

新型大功率汽轮机中压马刀型叶片的技术开发

采用先进CFD技术,在原有可控涡叶片基础上,通过优化叶片的径向积叠规律,开发了新型大功率汽轮机的中压马刀型叶片。应用该叶片能使叶栅通道端部产生逆压力梯度,减少二次流损失,提高中压缸的流动效率,降低整机热耗。该叶片的应用具有较大的经济效益。     

凹坑深度对透平叶片前缘换热的影响

涡轮叶片前缘由于受到燃气的冲击,热负荷较高,其冷却和换热情况极大的影响了燃机的性能,因此是涡轮叶片上最关键的传热区,在对涡轮进行传热设计和计算时必须对该区域予以考虑。设计冲击靶面,对凹坑结构进行冲击,建立模型,通过数值计算分析其冷却效果。通过对凹坑的温度场进行对比分析,给出凹坑深度的变化对冲击靶面换热的影响。对于带凹坑结构,通过凹坑深度分析叶片前缘换热效果,当凹坑深度不太大时,凹坑深度的增加会增强冲击靶面的换热;当凹坑深度增加得较大时,则会明显降低冲击靶面的换热。     

旋转气冷涡轮流场的数值模拟

应用数值计算的方法,对采用气膜冷却的涡轮叶片在静止和旋转状态下的流场进行数值模拟,研究涡轮叶片在静止和旋转状态下冷却射流和主流的掺混流场结构.结果表明:涡轮叶片压力面极限流线在静止和旋转两种工况下的区别比较明显.旋转使得马蹄涡的尺度有所加强.压力面和吸力面侧都存在明显的反向涡对结构;在吸力面,反向涡对的对称性比压力面的好;反向涡对随着下游距离的增大逐渐减弱,同时旋转使得掺混流场的轨迹有向叶片径向偏转的趋势.旋转工况下涡轮压力面侧反向涡对的衰减速度和程度变化明显,吸力面侧涡对的涡心位置更靠近叶片壁面,涡的影响区域也较小.     

分形尾缘叶片气动性能及流场数值模拟

针对风力机存在尾流效应问题,通过在垂直轴风力机叶片尾缘布置分形孔的方法,建立分形叶片三维实体造型,进行了分形叶片和原始叶片三维非定常不可压流动的分析,得出叶片绕流流场数值模拟结果,重点研究具有分形特征的尾缘对叶片尾流流场及叶片气动特性的影响。结果表明:分形叶片对改善叶片尾流流场有较显著作用。在8°~18°攻角范围内,分形叶片升、阻力系数随攻角变化波动性小于原始叶片;当攻角大于原始叶片失速攻角时,这种波动性差距更大。分形孔的存在使叶片周围流场结构及气动参数对攻角变化敏感性降低:在攻角大于原始叶片失速攻角时,分形叶片阻力系数随攻角变化标准差仅为原始叶片的0.6倍,升力系数标准差仅为原始叶片0.4倍。研究结果将改善垂直轴风力机叶片尾流互相干扰及水平轴风力机叶尖脱落涡情况。     

叶片弯曲对跨音速涡轮叶栅流场的影响

对均匀加载叶型所构成的直叶栅及不同弯角所构成的弯叶栅流场进行了数值模拟。研究了弯叶片作用下型面压力分布、马赫数等值线及叶片表面压力分布的改变,同时考察了叶片弯曲对马蹄涡及通道涡生成位置的影响。叶片正变后有助于减少端壁处的横向压力梯度,削弱端壁二次流动;另外叶片正弯后会使马蹄涡起始分离点位置向流道中间偏移,促使通道涡提早发生。本文所选用的差分格式为具有ＴＶＤ性质的三阶精度的Ｇｏｄｕｎｏｖ格式,湍流模型为修正后的Ｂ－Ｌ代数模型。     

动力涡轮有冠及无冠动叶栅顶部二次流的数值分析

建立某动力涡轮的流体分析模型,采用三维定常N-S(Navier-Stokes)方程和带转捩的SST(Shear stress transport)湍流模型,对该动力涡轮典型工况下的燃气流动状况进行了数值模拟.针对叶道内的二次流旋涡结构,分别对无冠动叶栅和有冠动叶栅顶部的间隙流、通道涡进行了分析,展示了大展弦比非气冷动叶...     

涡轮导向叶栅内流场结构的数值研究

为了详细研究涡轮叶栅的气动特性，深入了解涡轮叶栅流道内的气体流动，对某型涡轮导向叶栅内的流场结构进行了数值模拟。结果表明，对本文研究的叶片弯曲方式，叶片的弯曲能够影响通道涡的位置，但采用弯叶片提高叶栅效率主要是通过降低壁角涡的损失。