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。     

带有可调导叶的径流涡轮气动特性的研究

采用数值模拟的方法对单级径向涡轮在导向叶栅的不同开度、不同工况下的全流场进行了三维模拟分析。研究表明,可调导叶对涡轮性能的影响是叶栅收敛度、气流冲角与出气角的综合影响。在综合考虑了导叶损失以及叶轮损失的基础上,提出了变几何径向涡轮随速比变化的调节方案。     

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%。     

发动机氧涡轮喷嘴叶栅气动特性的试验研究

对一个用于大推力液体火箭发动机氧涡轮泵的复速级涡轮的喷嘴叶栅进行了试验研究，以考察喷嘴叶栅的气动特性，验证喷嘴叶栅的气体设计。该复速级喷嘴叶栅采用先进的后加载流动控制技术，以减弱叶机的二次流损失，对喷嘴叶栅进行了四个进气口流角，三个出口等熵马赫数条件下的平面叶栅吹风试验，测取了型面压力分布，出口气流角以及叶栅损失等重要气动特性参数，试验研究表明氧涡轮的喷嘴叶栅的设计是成功的，具有良好的气动特性，可以有效地应用于液体火箭发动机的涡轮中，本研究也为该类喷雾叶栅的设计提供了有用的实验数据和指导意义的结论。     

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.     

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。     

后弯角变化对涡轮叶栅能量损失系数的影响

使用FLUENT软件对某型跨音速涡轮叶栅的导叶进行了S1流面的粘性流动计算。分析了叶栅能量损失系数随不同后弯角的变化,得到了在该涡轮叶栅内对应最小能量损失的3个典型截面上的后弯角的范围。     

不同后楔角对叶栅能量损失的影响

使用FLUENT软件对某型跨音速涡轮叶栅的导叶进行了S_1流面的粘性流动计算。分析了叶栅能量损失系数随不同后楔角的变化,得到了在该涡轮叶栅内对应最小能量损失的3个典型截面上的后楔角的范围。     

向心涡轮可调导向叶栅内流动损失机理的分析

通过对向心涡轮可调导向叶栅三维流场数值模拟,分析在不同叶片安装角下,可调叶片表面静压系数和出口总压损失系数的变化规律。导叶安装角从21°增加到44°,通流面积调节范围为50%～116%设计通流面积。结果表明:叶栅开度减小时,叶片的气动负荷增加,总压损失增加。与设计工况相比,导叶关小15°总压损失增加了1倍多。叶栅端部间隙增加了导向叶栅的流动损失,间隙增加2%,损失增加1.5%,端部损失范围从20%叶高增加到40%叶高。叶栅开度减小,端部损失与叶型损失的变化较小,而间隙损失无论是数量还是占总压损失的比重都明显增加,是非设计工况下总压损失增加的主要原因。     

跨音速涡轮叶栅叶型损失预测

利用中国科学院工程热物理研究所和哈尔滨汽轮机厂合建的暂冲式跨音速平面叶栅风洞,进行了3套跨音速涡轮叶栅吹风实验.在此基础上,结合近年发表的跨音速涡轮叶栅叶型损失数据,详细讨论了跨音速涡轮叶栅在设计和非设计两种工作状态下叶型损失的预测方法.在具体分析设计状态下Kacker&Okapuu损失估算模型的基础上,针对发生在进出口区域的激波损失,提出了工程上更为适用的激波损失计算方法,初步建立了跨音速涡轮叶栅在不同攻角状态下的叶型损失预测系统,为跨音速涡轮的工程设计提供了较为可靠的基础性支持.     

变几何涡轮对涡轮气动性能的影响研究

针对自由涡轮导向器叶片可调的多级轴流涡轮进行气动性能研究。结果表明:通过改变自由涡轮导向器叶片角度可以调节多级涡轮的流量、效率、膨胀比分配和功率分配,自由涡轮导向器叶片角度变化对涡轮流场和各级静叶损失产生明显的影响。     

导叶开度对混流式水轮机尾水管内流动特性的影响

为了深入研究尾水管内的流动特性,结合某电站混流式水轮机的实际运行情况,基于标准的κ-ε湍流模型,选用Fluent软件在额定水头不同导叶开度下对其进行全流道数值模拟,分析了不同导叶开度对混流式水轮机尾水管内部流动特性的影响。结果表明,当导叶开度为100%时尾水管内部形成了周期空化涡带,此涡带的存在易导致水轮机机组产生强烈振动;当导叶开度较小时,尾水管内速度分布较为均匀;尾水管进口段的压力分布情况对导叶开度的变化较为敏感,可通过合理控制导叶开度来减小尾水管内的水力振动,降低水力损失。     

计及功率与导叶开度非线性特性的混流式水轮机改进模型

针对现有理想水轮机模型和解析非线性水轮机模型不能反映混流式水轮机组功率与导叶开度间的非线性特性问题,建立了计及功率与开度非线性特性的混流式水轮机改进模型。该模型基于水轮机解析非线性模型,加入了功率与开度非线性关系模块,分析比较了功率与开度的不同拟合方法,推荐采用三次多项式拟合方法更适用于功率与开度拟合,并通过机组频率扰动试验、功率升降试验、一次调频试验和电网故障扰动试验仿真及实测结果表明,与理想水轮机模型和解析非线性水轮机模型相比,计及功率与开度非线性特性的水轮机改进模型精度更高。     

A straight-bladed vertical axis wind turbine with a directed guide vane row — Effect of guide vane geometry on the performance —

The objective of this study is to show the effect of guide vane geometry on the performance. In order to overcome the disadvantages of vertical axis wind turbine, a straight-bladed vertical axis wind turbine (S-VAWT) with a directed guide vane row has been proposed and tested by the authors. According to previous studies, it was clarified that the performance of the turbine can be improved by means of the directed guide vane row. However, the guide vane geometry of S-VAWT has not been optimized so far. In order to clarify the effect of guide vane geometry, the effects of setting angle and gap between rotor blade and guide vane on power coefficient and starting characteristic were investigated in the experiments. The experimental study of the proposed wind turbine was carried out by a wind tunnel. The wind tunnel with a diameter of 1.8m is open jet type. The wind velocity is 8 m/s in the experiments. The rotor has three straight blades with a profile of NACA0018 and a chord length of 100 mm, a diameter of 0.6 m and a blade height of 0.7 m. The guide vane row consists of 3 arc plates.     

叶片开度对贯流式水轮机飞逸过程的影响

为有效降低水轮机飞逸过程中机组的振动问题,通过水轮机试验模型改变导叶开度和桨叶开度对水轮机过渡过程进行研究,分析了多个监测点的压力、频率流量等工作参数的变化情况.结果 表明,由于转速和流量的增加,水轮机在导叶开度60°和桨叶开度4°运行时振动最为强烈,水轮机在低频时振动剧烈.由于受到导叶和桨叶动静影响,转轮出口振动强烈...     

全向导叶作用下叶片实度对垂直轴风力机气动特性的影响

为研究全向导叶作用下不同实度对垂直轴风力机气动性能的影响,通过改变叶片数及弦长调整实度并分析其对全向导叶垂直轴风力机气动性能的作用。结果表明：全向导叶使垂直轴风力机周围流体提速效果显著,最大风能利用率和力矩系数较原始垂直轴风力机分别提高41.6%和25%;随实度增大时,全向导叶垂直轴风力机最佳尖速比降低;改变弦长时,风能利用率峰值随弦长增大呈现先增后减的趋势,且在小尖速比工况下,高实度全向导叶垂直轴风力机力矩系数较高,最大可达0.192;改变叶片数时,风能利用率峰值随叶片数增多而降低,且大尖速比下的低实度全向导叶垂直轴风力机力矩系数较大,但不同实度的全向导叶垂直轴风力机最大力矩系数相差较小。     

船用燃气轮机变几何动力涡轮大攻角流动特性的三维数值模拟

采用三维数值模拟技术,研究了可调导叶转动导致变几何动力涡轮气动性能变化的流场机理。结果表明,在较小的转角范围内,采用大转折角设计的可调导叶使涡轮处于大攻角运行。在大正攻角或大负攻角下可调导叶级动叶栅流道内的三维分离流场结构及其产生机理有很大差异,而且大正攻角造成的吸力面分离流动更使整个涡轮的效率显著地下降。通过系统的机理分析,提出可调导叶宜采用较小转折角的后部加载叶型,而变几何动力涡轮可调导叶级动叶栅要采用较大负冲角的气动设计原则。     

基于CBS有限元的导水机构内部流动数值模拟

基于CBS有限元法对水轮机全流道进行离散分析,利用多物理场耦合软件模拟了内部流场,获得了水轮机导水机构内部压力与速度分布图,并通过计算结果图得到了导水机构内部的流动特性。     

变几何低压涡轮级多工况气动性能研究

为明确变几何低压涡轮级在多转角工况下气动性能变化情况,通过RANS方法并结合SST湍流模型,研究了可调导叶转角分别为-6°,-3°,0°,3°和6°条件下低压涡轮级的气动性能变化。结果表明：可调导叶旋转角度的变化会明显改变导叶叶顶及动叶通道内的流动情况,角度变大会增加涡轮级流量,并使导叶叶顶处负荷后移,上端区二次流强度增加,叶顶泄漏情况减弱,还会减小动叶进口相对气流角,使动叶压力面出现明显分离;角度变小对低压涡轮级流场的影响与之相反。当导叶转角从-6°变化到+3°时,涡轮级等熵滞止效率提升了约6.7%;当导叶转角从+3°变化到+6°时,涡轮级效率却下降了约0.19%。     

Impulse turbine with 3D guide vanes for wave energy conversion

In this study, in order to achieve further improvement of the performance of an impulse turbine with fixed guide vanes for wave energy conversion, the effect of guide vane shape on the performance was investigated by experiment. The investigation was performed by model testing under steady flow condition. As a result, it was found that the efficiency of the turbine with 3D guide vanes are slightly superior to that of the turbine with 2D guide vanes because of the increase of torque by means of 3D guide vane, though pressure drop across the turbine for the 3D case is slightly higher than that for the 2D case.