间隙变化对轴流压气机转子近失速工况叶顶流场的影响研究

为研究间隙变化对轴流压气机转子近失速工况下叶顶流场结构的影响,以轴流压气机转子Rotor37为研究对象,对其叶顶流场进行定常和非定常的数值模拟。计算结果表明：随着叶顶间隙的减小,压气机的总压比和等熵效率均有所提高,稳定运行范围扩大;2倍设计间隙下,叶尖泄漏涡经激波作用后发生膨胀破碎,堵塞来流通道,诱发压气机堵塞失速;0.5倍设计间隙下,吸力面流动分离加剧,发生回流,部分回流与来流在压力面前缘上游发生干涉,进口堵塞加剧,致使部分来流从前缘溢出,导致压气机叶尖失速;不同间隙下压气机失速过程的主导因素不同,大间隙下失速由叶尖泄漏涡破碎的非定常波动引起,小间隙下失速主要由流动分离引发的周期性前缘溢流所主导。     

带叶尖自发射流的平面叶栅流场特性数值研究

通过数值求解三维定常黏性雷诺时均N-S方程,获得了叶尖单孔自发射流条件下的叶栅流场,分析了自发射流与泄漏流的相互作用,比较了有、无自发射流条件下叶尖泄漏及载荷分布,探讨了端壁相对运动速度对自发射流抑制泄漏流有效性的影响.结果表明:叶尖射流在其下游形成的扇形低速区占据了部分泄漏流通道,由此对泄漏流产生一定的抑制作用,同时对叶尖吸力面载荷分布产生影响;与无叶尖射流相比,当进口雷诺数同为5.764×105时,叶尖自发射流的存在使泄漏比相对值降低5.42%,单个叶片载荷增加1.41%.     

涡轮叶顶间隙内部流动的数值研究

动叶叶顶间隙流动是引起涡轮中流动损失的主要原因之一,但由于间隙尺寸较小,且流动方向与叶片转动方向相同,因此很难通过试验测量间隙内部详细的流动及压力分布。通过对"LISA"1.5级轴流涡轮设计工况进行计算,并与试验测量结果进行对比,进而研究间隙内部压力场、流场的分布情况,同时分析间隙高度变化对间隙内部流动的影响。     

抑制叶顶间隙泄漏的叶轮机械叶片的流场模拟

根据叶顶间隙流对叶轮机械的性能有重要影响这一特性,设计了一种叶片.该叶片顶部带有"燕尾冠",在叶顶的压力侧和吸力侧都形成"倒钩".通过对带有"燕尾冠"的叶片和一般的叶片的流场进行数值模拟,在同等条件下比较两者之间压气机的总体性能、流场特性以及叶顶间隙的泄漏量的区别,得到优化设计后的"燕尾冠"叶片能较好的保持住叶片表面的压力,削弱了叶顶间隙泄漏涡的产生和减少了通过叶顶间隙的泄漏量.数据结论为改进和提高叶轮机械的运转性能提供参考依据.     

某燃气轮机涡轮叶顶间隙计算分析

涡轮叶顶间隙直接影响燃机的安全和效率。利用有限元软件,首先,进行涡轮转静子二维热-结构耦合分析,计算得到涡轮周向平均叶顶间隙;其次,考虑涡轮转静子三维效应、转子挠度、油膜抬升和燃机启停对涡轮叶顶间隙的影响,修正了涡轮叶顶间隙。计算结果表明：涡轮二维热-结构耦合分析能够较为准确地计算涡轮叶顶间隙,涡轮转静子三维效应、转子挠度、油膜抬升对涡轮叶顶间隙周向分布有一定影响;燃机启动过程,涡轮叶顶间隙出现极小值,尤其涡轮叶顶间隙g3和g4发生碰磨,需增加可磨密封设计避免碰磨。     

旋转对气冷涡轮内部流场影响的PIV测量

采用PIV测速技术分别对旋转和不旋转两种情况下的气冷涡轮内部流场进行实验测量,研究旋转对气冷涡轮内部流场的影响。同时改变吹风比(M=1.5,2),研究不同射流吹风比对涡轮流场的影响。实验结果表明,冷却孔射流下游附近存在明显的尾迹区域。旋转情况下涡轮内部流场中存在的离心力、哥氏力的作用使射流与主流的掺混流场结构改变。与静止涡轮叶栅流场相比,旋转对叶片压力面侧流场的影响明显大于吸力面。同时,吹风比增大使射流与主流掺混流场区域以及射流尾迹区的范围扩大。     

基于PIV测试技术的涡轮动叶栅流场可视化研究

针对某设计转速为1 500 r/min的涡轮动叶叶栅在780-1 680 r/min之间的4个转速工况,利用干冰作为示踪粒子进行了内流场的PIV(粒子图像测速技术)实验研究,获得了动叶叶栅流道中间截面及其下游区域的速度场和涡量场的二维分布并进行了比较分析。研究表明:利用PIV技术测量的瞬态结果可以很好地捕捉动叶栅尾缘分离涡的形成和发展过程;在所研究的实验工况以内,动叶出口及其下游区域速度随着动叶转速的增大而不断增大,流道内部气流速度随转速增加会出现先增大后减小的特点,叶轮输出功率与流道内部气流速度随转速变化的规律一致;在设计转速工况附近动叶流道的涡量场强度较弱,随着叶轮转速降低,叶栅流道内特别是动叶吸力面下游区域的涡量强度明显增强。     

多工况下燃气轮机高压涡轮叶顶间隙对涡轮效率的影响

涡轮叶顶间隙影响涡轮气动特性。文中针对某型船用燃气轮机在慢车、0.35、0.50、0.85、1.00、1.05等多个工况,通过有限元计算,研究并分析了不同工况时涡轮叶顶间隙高度对涡轮效率的影响。结果发现当运行工况高于0.85工况时该燃气轮机涡轮叶片与机匣衬环发生碰磨;当工况不变时,控制高压涡轮叶顶间隙高度,发现叶顶间隙每增大0.2 mm,涡轮效率降低约0.4%左右,研究结果对主动间隙控制相关研究提供理论参考。     

变几何涡轮动叶栅流场的PIV实验研究

对某变几何涡轮在不同导叶转角工况下进行了内流场PIV实验研究,获得了动叶叶栅流道及其下游区域详细的流场及涡量场数据,并对其进行了对比分析.结果表明:导叶转角从6°转到-6°的过程中,叶轮出口截面最大速度增加约11%,叶轮流道内部最大绝对速度增加约40.6%,气流角度单调变化,叶轮输出功率在这一过程中增加了42%;但随着导叶转角的减小,下游动叶流道的流动损失有所增加.     

汽轮机叶顶间隙内非定常流动的数值分析

为了分析叶顶间隙泄漏涡的影响范围、运行轨迹和强度的变化规律,以某汽轮机高压级为研究对象,采用SSTκ-ω湍流模型,应用PISO算法对叶项间隙内的非定常流动进行了数值模拟．结果表明：叶顶间隙泄漏流是有规律的周期性的非定常流动,泄漏涡的影响范围、运行轨迹和强度随时间和叶顶间隙的变化而变化;泄漏流对主流的影响呈现出从弱到强、再从强到弱的周期性变化规律;叶顶间隙泄漏涡在丁／4时刻的强度和影响范围均达到最大,在T／2时刻,静叶脱落涡和动叶吸力面前部的泄漏涡混合形成新的涡系,而动叶吸力面后部的泄漏涡却与其边界层的脱涡混合,离开吸力面．     

端壁运动对自发射流抑制叶尖泄漏影响的数值研究

通过数值手段分析了端壁运动对带有叶尖自发射流的叶栅流场特性、叶顶间隙泄漏流量特性及叶片周向载荷分布特性的影响。结果表明:端壁运动的反向刮削作用会显著影响间隙附近流场,随着端壁运动速度增大,泄漏涡和上通道涡会逐渐向叶片吸力面靠近,同时,泄漏涡强度逐渐削弱,而上通道涡强度逐渐增强,平均总压损失增大;端壁运动对叶尖自发射流抑制泄漏流的效果有放大作用;端壁运动会显著改变叶尖吸力面附近静压系数的分布,使其具有后加载的特性。     

基于激光三角测量法的叶尖间隙测量研究

由于燃气轮机技术的发展,对叶尖间隙进行精确测量的要求越来越迫切。采用激光三角测量法对叶尖间隙进行测量,让一束激光照射在叶片尖端,运用线CCD光敏元件接收反射光使其在CCD上成像,根据成像位置的变化可以计算出叶尖间隙的变化。激光三角测量法可以不受叶片材质的影响,对叶尖间隙进行实时在线测量,既能测量单个叶尖间隙,又能测量平均叶尖间隙,对诊断机组故障、优化叶片及机匣的设计具有一定的实用价值。     

汽轮机叶顶汽封间隙内的流动损失分析

为了揭示叶顶汽封结构变化对泄漏损失的影响,提高汽轮机运行效率,数值研究了平齿汽封、高低齿汽封和侧齿汽封3种不同叶顶汽封结构下汽轮机高压转子间隙泄漏的流动形态、间隙涡系的形成机理和发展规律,研究表明:在叶顶汽封腔室复杂的周向螺旋状的涡动中,泄漏流体的周向速度是影响漩涡耗散的一个重要因素;高低齿及侧齿的汽封结构可以增强漩涡之间的相互作用,降低泄漏流体的周向速度,使漩涡在腔室内的耗散更加充分;由于掺混损失降低,高低齿及侧齿汽封的泄漏总损失较平齿汽封相比分别下降7.1%和9.8%。     

淹没丁坝坝后水流结构PIV试验研究

为揭示淹没丁坝坝后区域的水流特性,在实验室水槽中,采用平面二维粒子图像测速技术(2D-PIV),测量了光滑固定底床上单个丁坝在完全淹没条件下的坝后水平流场及垂向流场。通过分析测量获得了原始粒子图像和淹没丁坝坝后不同位置的平面二维时均速度场和涡量场,并耦合水平面流场与铅垂面流场结果,给出了丁坝坝后流场的部分三维特性。结果表明,淹没丁坝坝后存在明显的回流区,且在回流区内同时存在尺度大致相同的竖轴漩涡和横轴漩涡。     

端壁相对运动对压气机叶栅间隙流场影响的数值模拟

压气机端壁与叶片间的相对运动是影响叶顶间隙气流流动的重要因素.采用数值模拟的方法考察了端壁运动对不同叶顶间隙压气机叶栅内三维流场的影响.结果表明:端壁相对运动改变了叶栅间隙流场结构,叶栅通道内出现向相邻叶片压力面运动的刮削泄漏涡,上通道涡及叶顶分离涡受到抑制,叶尖负荷增大,间隙泄漏流量增加,叶栅总损失由于叶顶区掺混损失减少而减少.     

扩散燃烧流场测量的PIV应用研究

为了研究燃烧火焰结构及其内部流动状况,考察其在燃烧喷嘴前回流区冷态试验模拟中和实际燃烧状况下的差别,利用二维粒子成像速度仪(PIV)对带钝体燃烧器中的丙烷／空气扩散燃烧的流场进行了测量,实现了火焰内部流动的可视化．通过对热态流场与相应冷态流场的对比分析表明,在复杂燃烧中冷态流场模拟与实际燃烧过程中的流动存在较大差别,实际燃烧中的流动状况变得紊乱,回流区在长度和宽度上都明显增大．     

叶顶间隙宽度变化对离心叶轮性能和内部流场的影响

为研究不同宽度叶顶间隙对亚音速半开式离心叶轮性能与内部流场的影响,对某工业用半开式离心叶轮选用不同形式和几何参数的叶顶间隙,通过数值模拟得出结论:随叶顶间隙宽度减小,叶顶附近湍动能减少,离心叶轮通道压比和效率更高,但是失速裕度也变小;在本研究范围内,综合考虑性能和失速裕度,叶顶间隙宽度为0.4 mm时最优;叶顶间隙宽度对泄漏流和主流相互作用有一定影响;随叶顶间隙宽度减少,叶顶间隙泄漏流量减少,本文的分析结果为离心压缩机的工业设计提供了一定参考。     

向心涡轮可调导叶间隙流动的数值研究

应用数值方法对某型向心涡轮的可调导叶间隙流动结构及其涡轮性能的影响作了分析,间隙尺寸分别为1%、2%、4%叶高.计算结果表明:间隙加大,涡轮效率下降,流量增加,间隙流动所造成的流动损失是结构阻力型的.间隙对涡轮性能的影响主要来自于叶轮进口气流冲角的增加与叶轮反动度的提高.简单地修正导向叶栅的流动效率,不能反映间隙对涡轮整体性能的影响.