考虑冷气掺混和采用复合倾斜叶栅的航空燃气涡轮准三维气动设计

采用准三维的计算方法,对一台两级航空燃气涡轮的低压导叶进行了改造设计,采用复合倾斜叶片以提高涡轮效率。对叶片倾斜和冷气掺混所引起的问题进行了处理和分析。     

直叶片积叠方式对涡轮性能的影响

对某直叶片涡轮级采用Ｓ２流面计算方法进行了数值模拟,对静叶采用两种积叠方式进行了计算、比较。结果表明,静叶采用不同的积叠方式时,沿轴向,在顶部和根部,叶片的压力面和吸力面形成不同的类似于倾斜叶片的效果,对涡轮级的性能产生明显影响。     

起动过程涡轮叶片瞬态温度场的准稳态处理研究

考虑燃气涡轮发动机起动过程涡轮叶片与高温燃气的对流换热及叶片内部的热传导,通过瞬态流热 耦合计算和准稳态处理两种方法对涡轮叶片换热特性进行了研究,分析了叶片热惯性带来的温度滞后效应, 探索了一种对发动机起动过程进行准稳态处理的数值模拟方法,实现了对涡轮叶片瞬态温度场的快速求解。采用商业化软件ANSYS CFX 2019 R2对涡轮叶片分别进行流热耦合和非定常数值计算,结合外换热程序 “NPUSTAN7Z”求解叶片型线上的换热系数,并对叶片表面网格节点按照“K-近邻算法”进行三维数据插值, 得到计算涡轮叶片非稳态导热的第三类边界条件。分析涡轮叶片的瞬态温度场,发现起动过程中金属叶片 的热惯性导致其温升慢于来流的温升,其内部存在一定的纵向温度梯度和横向温度梯度,中弦滞后 > 前缘滞 后 >尾缘滞后,叶片中下部温度滞后 > 叶片上部滞后。通过对比瞬态耦合计算与准稳态计算的结果,认为准 稳态的方法可以快速准确地求解发动机起动过程涡轮叶片的瞬态温度场。     

涡轮叶片多轴低周疲劳／蠕变寿命研究

本文针对电厂用燃气轮机涡轮叶片工作环境,对Manson—Coffin多轴疲劳预测方程和WWT公式进行修正,同时采用尚德广多轴疲劳损伤参量,给出涡轮叶片新的疲劳寿命预测方法,以适应涡轮叶片高温变幅非比例加载下疲劳损伤情况。通过算例计算了某涡轮叶片疲劳寿命及10000工作小时的总损伤,与叶片实际疲劳破坏相吻合,验证该高温多轴疲劳损伤计算模型的准确性。     

进口温度不均匀对涡轮叶片热应力的影响

针对航空涡轮叶片的温度场预测问题,采用CFD(computational fluid dynamics)软件和有限元计算理论与方法,以对流冷却叶片的温度场与热应力求解为例,分别计算了涡轮进口温度均匀和不均匀时叶片的温度场和热应力,分析了涡轮进口温度不均匀对叶片热应力的影响,其中叶片温度场的求解采用气热耦合的方法即直接应用CFD软件计算叶片温度场,再依据温度场进行了有限元热应力分析.结果表明,进口温度不均匀时比进口温度均匀时叶片的热应力增大10%左右.     

重型燃气轮机涡轮叶片材料及制造技术研究进展

从重型燃气轮机涡轮叶片的研制发展史出发,综述了用于重型燃气轮机涡轮叶片高温合金材料的典型化学成分、叶片制备工艺技术、冷却技术和热障涂层设计。通过分析重型燃气轮机涡轮叶片服役特点,总结了重型燃气轮机用高温合金材料的设计原则。结合国内外燃气轮机涡轮叶片关键成型技术的发展和现状,归纳总结了涡轮叶片的研制工艺难点,并对未来燃气轮机涡轮叶片发展和制造工艺革新进行了展望。     

利用现代CAD技术和有限元法进行增压器涡轮叶片变结构模态特性的研究

利用现代 Ｃ Ａ Ｄ技术建立了轴向后弯式增压器涡轮的实体模型,并用有限元法对其进行变结构模态特性研究,给出了不同截面叶片的曲面建模方法。针对涡轮叶片设计中常见的用于调频的结构变化类型,重点分析了在其它参数相同的情况下,不同截面形状涡轮叶片的模态特性以及同种截面形状的涡轮叶片在出口端将其沿轴向斜切一部分后模态特性的变化规律。试验表明：本文方法适用于涡轮叶片模态特性的系统研究,文中计算结果对类似涡轮的设计具有参考价值。文中建模和分析采用了美国 Ｓ Ｄ Ｒ Ｃ公司的 Ｉ Ｄ Ｅ Ａ Ｓ Ｔ Ｍ 软件。     

涡轮叶片三维气动分析方法研究

精确的涡轮叶片气动性能计算是对其进行设计优化的重要基础。基于PRO/E软件建立了某涡轮流场叶片三维参数化实体模型,采用SST(shear stress transport)湍流模型对建立的涡轮流场叶片进行了三维气动分析,得到了流场及叶片表面的温度、压力、流速以及能量损失等气动参数分布,并对它们的变化规律进行了分析;基于叶片气动效率计算公式,给出了叶片平均气动效率的计算方法并分析了叶片气动效率沿叶高的变化规律,为涡轮叶片的气动设计优化奠定了较好的基础。     

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。     

某涡轮增压器涡轮叶片断裂故障分析及改进

针对某涡轮增压器涡轮叶片断裂问题,基于ANSYS有限元软件对该涡轮进行强度分析和振动特性分析.结果 表明:该涡轮一阶自振频率较低,一阶倍频比不满足设计要求,共振导致涡轮叶片断裂.在此基础上对涡轮整体结构进行了优化,优化后涡轮叶片一阶自振频率得到提升,叶片断裂问题得到解决.     

基于热力学方法的海上平台燃气轮机涡轮叶片热腐蚀影响评估研究

为了有效评估燃料气中H2S超标对燃气轮机涡轮叶片热腐蚀的影响,在腐蚀机理研究基础上结合燃机的运行参数条件,采用热力学模拟方法完成了对25 MW燃气轮机涡轮叶片热腐蚀风险评估分析。通过分析杂质含量变化及燃料类型对腐蚀产物露点曲线的影响,得出了碱金属含量是涡轮叶片热腐蚀的关键影响因子,在（Na+K）质量分数小于1×10-5%的条件下,即使当H2S体积分数达到0.01%时,涡轮叶片也不会面临热腐蚀风险。这将对海上平台用国产25 MW燃气轮机燃料中杂质含量目标控制和高温涡轮叶片防护涂层设计起到了一定的参考作用。     

基于热力学方法的海上平台燃气轮机涡轮叶片热腐蚀影响评估研究

为了有效评估燃料气中H_2S超标对燃气轮机涡轮叶片热腐蚀的影响,在腐蚀机理研究基础上结合燃机的运行参数条件,采用热力学模拟方法完成了对25 MW燃气轮机涡轮叶片热腐蚀风险评估分析。通过分析杂质含量变化及燃料类型对腐蚀产物露点曲线的影响,得出了碱金属含量是涡轮叶片热腐蚀的关键影响因子,在(Na+K)质量分数小于1×10~(-5)%的条件下,即使当H_2S体积分数达到0.01%时,涡轮叶片也不会面临热腐蚀风险。这将对海上平台用国产25 MW燃气轮机燃料中杂质含量目标控制和高温涡轮叶片防护涂层设计起到了一定的参考作用。     

多级涡轮三维黏性流场的数值模拟

采用多叶片排网格生成技术，利用实质为标准κ-ω模型的改进型BSL双方程湍流模型对一个四级低压动力涡轮进行了数值模拟，其中多叶片排间参数传递采用“混合平面”方法。通过设计工况下计算结果和设计参数的对比，分析了此型多级涡轮的气动特点。末级导叶正弯优化设计显示弯叶片提高了此型多级涡轮的通流性能，同时也表明了弯叶片优化设计时进行多级黏性流匹配计算的必要性。     

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。     

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。     

燃气涡轮弯叶片特性研究

以燃气轮机涡轮第一级导叶为研究对象,借助数值模拟对涡轮导叶气动问题进行研究,针对于涡轮的工作特点,进行了多方案计算及对比,研究了不同弯扭叶片设计参数对涡轮叶栅气动性能的影响。结果表明:根部采用-15°弯角,即正弯15°,采用0.4弯高,即采用大弯高可以有效地降低端壁处低能流体的聚集,从而有效地降低横向二次流,采用上述弯叶片计算得到总压损失系数有所降低。     

航空发动机涡轮叶片气膜冷却孔设计与制备技术研究进展

随着先进航空发动机对涡轮前燃气温度需求不断提升,涡轮叶片高效冷却设计技术成为亟待解决的瓶颈技术,而气膜孔冷却是涡轮叶片高效冷却设计的核心技术。本文基于航空发动机涡轮叶片采用耐高温复合材料与高效气膜冷却结构相结合的技术发展背景,综述国内外相关研究工作的进展,从涡轮叶片气膜孔的冷却机理、气膜孔的空间几何结构设计技术、气膜孔表面完整性制备技术等方面,深入总结分析涡轮叶片气膜冷却设计与制备技术领域取得的研究成果,重点论述了各国异型气膜冷却孔的设计与制备技术,并提出我国在该技术上存在的差距及未来研究重点。     

车用柴油机涡轮增压器涡轮BPF噪声的试验研究

阐述了涡轮增压器涡轮BPF噪声产生的机理,针对不同的涡轮壳舌尖与涡轮叶片之间间隙的涡轮增压器进行了噪声测试。试验结果表明:增大涡轮壳舌尖与涡轮叶片之间的间隙可以降低涡轮增压器的涡轮BPF噪声;但对发动机性能有一定的影响。     

增压器涡轮叶片模态特性研究

基于有限元法，对增压器涡轮吉进行模态特性研究，从理论上探讨了材料参数，离心惯性及工作温度对涡轮叶片模态特性的影响。根据Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理，推导了考虑离心惯性力影响的涡轮叶片振动方程。给出了材料参数，工作温度对涡轮叶片模态特性影响的解析式。在涡轮转速不十分高时，引入等效弹性模量的概念，得出涡轮转速对叶片模态特性影响的近似公式。     

利用现代CAD技术和有限元法进行增压器涡轮叶片变结构模态特性？…

利用现代ＣＡＤ技术建立了轴向后弯式增压器涡轮的实体模型,并用有限元法对其进行变结构模态特性研究,给出了不同截面叶片的曲面建模方法。针对涡轮叶片设计中常见的用于调频的结构变化类型,重点分析了在其它参数相同的情况下,不同截面形状涡轮叶片的模态特性以及同种截面形状的涡轮叶片在出口端将其沿轴向斜切一部分后模态特性的变化规律。试验表明：本方法适用于涡轮叶片模态特性的系统研究。中计算结果对类似涡轮的设计具