叶根倒角对轴流压气机转子两端区流动结构的影响研究

为了揭示叶根倒角对跨音速转子的气动性能影响规律,以NASA的Rotor67转子为研究对象,采用数值方法研究了叶根倒角对跨音速轴流压气机角区分离和工作裕度的影响机制。结果表明：叶根倒角的引入改善了叶片倒角区前缘附近的来流攻角适应性及该区域的叶型几何曲率分布特征,进而提升叶根吸力面的抗分离能力。带有倒角结构的转子叶片在其叶根倒角未覆盖区的叶型中后段周向压力梯度大于原型叶片,有利于克服气流沿吸力面流动时产生的离心力,进而抑制了尾缘附近的分离现象,使得该区域效率提升了3.9%以上。倒角的存在借助于径向平衡约束,重塑了叶尖区域的沿程叶表静压分布,并减小了尖区的入口轴向速度,直接导致叶尖区域主流流体的通流能力明显削弱,并诱发相对更强的间隙泄漏流,从而使得跨音转子提前发生失速,压气机工作裕度降低了19%以上。     

叶片根部倒角对离心叶轮气动性能影响

叶轮是决定离心压气机气动性能的关键因素之一,在保持叶轮设计参数不变的条件下,调整叶根倒角的分布,对比分析叶根倒角对压气机性能的影响.利用Numeca软件对跨声速离心压气机进行全三维稳态流动数值模拟方案分为等半径倒角与变半径倒角两种.结果表明:主叶片后半弦长的倒角是决定压气机气动性能的关键性因素,尾缘倒角比前缘更敏感;根...     

非设计工况下涡轮叶栅前缘壁角的作用

透平叶栅端区二次流具有复杂的涡系结构。Langston实验描述了两支马蹄涡和通道涡的演变和发展过程。基于Langston叶型构造出有效的前缘壁角,建立涡轮叶栅带有前缘壁角的端壁流动计算模型,分析前缘壁角对端壁流动与传热特性的影响,并评估其在非设计条件下的适应性。结果表明:在一定的非设计工况范围内,前缘壁角削弱了前缘马蹄涡和通道涡的强度,降低了流道内部的气动损失,增加了近端壁的流动损失。有效的前缘壁角使前缘附近端壁换热水平减弱,流道端壁换热整体减弱,端壁高换热区沿流向下移,尾缘附近换热有所增加。在一定的非设计工况范围内,前缘壁角都是有效的。     

工况参数对X型桁架阵列通道流动与 传热性能影响的数值研究

针对不同工况参数下桁架阵列通道冷却性能优劣的问题，采用数值方法模拟了 X型桁架阵列通道内 的流动与传热特性，分析了不同？诺数下人口湍流度和壁面热流密度对D型桁架阵列通道流动与传热性能 的影响规律。结果表明:人口湍流度从5%增大到15%时，通道摩擦系数增大了 1.69% ~3.23%，通道平均努 塞尔数提高了 2.47% ~2.57% ;壁面热流密度从3 000 W ? m-2增大到10 000 W ?m-2 时，通道摩擦系数增大 了 3.39% ~6.45%，通道平均努塞尔数降低了 11.14% ~17.44%。随着？诺数的增大，人口湍流度和壁面热 流密度对通道流动与传热性能的影响程度都有所减弱。增大人口湍流度可以较小幅度地提升通道的综合热 力性能，增大壁面热流密度则会降低通道的综合热力性能。     

轮缘间隙出流对下游动叶端壁气膜冷却特性的影响

对轮缘间隙出流与主流相互作用下的动叶端壁气膜冷却特性进行了研究,通过数值求解三维RANS方程组和SST湍流模型,详细分析了冷却气流质量流量比MR和进气预旋度等气动参数对动叶端壁气膜冷却特性的影响规律.结果表明:增大MR有利于提高动叶前缘端壁区域的气膜冷却效率,但即使在较大MR工况下,动叶中后弦长端壁区域仍无法获得充足的...     

叶片锯齿前缘控制流动分离的数值研究

针对锯齿前缘结构调控叶片近壁面流场特性,以NACA0018叶片为对象,采用大涡模拟方法研究不同锯齿前缘结构对叶片近壁面流场的影响机制。获得了来流速度为30 m·s^-1、雷诺数为513 440、0°攻角下叶片近壁面流场分布特性。分析了锯齿前缘和叶片前缘和尾缘处压力脉动及分离涡的影响。数值结果表明：对正弦波齿而言,随着振幅的增大,在波谷处的小涡开始向前缘移动,整体上小尺度涡增多,前缘近壁面压力脉动增大,尾缘近壁面压力脉动减小;对叠加波形齿而言,尾迹涡进一步破碎,厚度变薄,叶片表面出现破碎的小尺度涡,在尾缘处叶片压力脉动幅值下降最为明显,且未出现明显的窄带尖峰。     

吹风比与湍流度对涡轮叶片压力面气膜冷却影响的实验研究

为研究不同吹风比下主流湍流度对涡轮导叶气膜冷却的影响,采用可进行全表面换热特性参数测量的瞬态液晶传热测量技术,获得了叶片压力面侧圆柱形孔排气膜绝热有效度和表面传热系数比的全表面分布数据。结果表明:吹风比的变化对气膜绝热有效度影响显著,随着吹风比的增大,相同主流湍流度下的气膜绝热有效度明显下降,然而吹风比的增大仅对气膜孔附近区域的对流传热系数比有一定的提升作用;随着主流的湍流度增加,强化了主流和二次流的掺混,导致二次流温度快速接近主流温度,气膜射流在叶片压力面的覆盖范围变窄,绝热气膜有效度降低;由于高湍流度下的光滑叶片对流传热系数显著提高,造成对流传热系数比随着主流湍流度的增大而减小。     

叶尖及尾缘出流条件下叶片通道压力分布特性实验研究

为掌握某型高压涡轮叶片叶尖及尾缘出流流量分配比例对叶片内部气冷通道压力系数沿程分布特性的影响,通过实验测量了进口雷诺数9 000~20 000,前缘通道顶部除尘孔、尾缘通道顶部除尘孔及侧壁出流孔排共3处出流位置的4种出流流量分配比例下叶片通道压力系数沿程分布,实验结果表明:(1)各出流位置出流比例一定,进口雷诺数变化对通道压力系数沿程分布特性没有影响;(2)进口雷诺数一定,前缘通道顶部除尘孔是否出流对通道压力系数沿程分布特性有根本影响,出流导致前缘通道压力系数沿程下降较快,压力损失增加;中间通道压力系数沿程略有上升,尾缘通道压力系数沿程下降趋势平缓,两者压力损失均减小;(3)前缘通道顶部除尘孔无出流时,尾缘通道顶部除尘孔与侧壁出流孔排之间出流流量分配比例变化对前缘及中间通道压力系数沿程分布特性没有影响,仅影响尾缘通道。随着尾缘侧壁出流流量分配比例增大,尾缘通道压力系数沿程上升,压力损失减小。     

动叶端壁离散孔气膜冷却的数值研究

基于某F级燃气轮机第一级动叶栅的数值模拟,以实现动叶端壁气膜冷却全覆盖为目标,分析定常下动叶端壁的流动与传热特征,拟综合考虑端壁二次流结构特征与级间封严冷气泄漏流的影响,将端壁划分为四个具有不同流动传热特征的区域,并据此设计了叶根端壁仅13孔数的离散气膜孔布置方案各区域采取不同的冷却方式根据不同吹风比下的研究结果发现:吹风比为0.75时端壁冷却有效度均值在0.2以上,实现了全端壁冷却的目标;前缘附近端壁冷却效果受吹风比影响显著,吹风比在0.75以上时冷却有效度达到0.5以上;除近压力面区域,气膜冷却效果随吹风比的增大而提高。     

涡轮叶片尾缘端部冲击流动与换热特性研究

针对涡轮叶片尾缘吸力面热应力集中,容易造成叶片尾部烧毁的现象,提出端部冲击扰流柱结构,采用Realizable k-ε湍流模型和增强壁面函数分析涡轮叶片尾缘内部流场和吸力面换热特性,研究不同冲击孔与扰流柱排列方式的影响,揭示端部冲击扰流柱结构的流场与换热机理。研究表明,端部冲击扰流柱结构对于改善吸力面的换热效果要优于中间冲击扰流柱结构,对端壁的换热有显著提高;各表面平均换热系数均随着压比的增大而增大,顺排结构时,冲击孔换热最强,扰流柱换热次之;叉排结构时,冲击孔换热最强,隔板迎风换热次之;近距离冲击,顺排的综合效果优于其它几种结构,而远距离冲击,叉排的综合效果最好,其吸力面温度分布较均匀。     

类壁角端壁造型设计方法

基于透平叶栅简化前缘模型的数值模拟结果,分析了原始模型端区的流动与传热特性,建立了一种新型类壁角端壁造型,对比评估了新型端壁模型、带前缘壁角模型与原始模型的流动与传热现象。结果表明:类壁角端壁造型的使用能够使端壁压力分布更加均匀;前缘滞止位置的低能流体在端壁压力的诱导下偏向主流,马蹄涡强度也随之减小;相比于带前缘壁角模型,新型端壁模型能够消除端壁与前缘壁角间的曲率间断线,疏导前缘两侧的堆积流体,抑制高强度角涡的产生,使壁面传热能力减弱。     

燃气轮机透平叶片的外表面传热特性分析

针对叶片表面换热问题,以某型燃气轮机透平叶片为研究对象,使用CFX软件的k-ω湍流模型研究了温差、湍流强度和端壁对叶片外表面换热特性的影响。结果表明,叶片表面与主流的温差对叶片表面的换热分布影响较小,在吸力面的湍流区有些许影响。叶片外表面传热系数受湍流度的影响相对而言不大,其自身变化比较剧烈。叶片的端壁由于马蹄涡卷吸作用,前缘区、吸力面及叶片尾流区换热强度较大,吸力面上在轴向距离0.3附近,表面开始受马蹄涡的影响,最大换热值出现在叶片尾缘近端壁处。研究成果可为透平叶片表面换热的研究提供参考。     

凹槽式叶顶流动换热的数值研究

针对叶尖间隙高度对凹槽式叶顶流动与换热的影响展开数值研究,评估4种湍流模型在叶顶换热方面的预测能力.结果表明：凹槽肩壁顶部、凹槽腔底部近前缘区域和叶顶尾缘为高换热区,凹槽腔底的中部和尾部区域为低换热区;不同湍流模型对叶尖间隙泄漏量预测差别很小,但泄漏流流动状态差异很大,这是造成不同湍流模型对叶顶换热预测存在重大差别的原因;在研究的间隙范围内,叶尖间隙泄漏量和叶顶换热强度随间隙高度的增大而增加;在所选的4种湍流模型中,k-ω模型是叶顶换热数值模拟较好的湍流模型选择.     

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。     

轴流压气机叶片磨损位置模拟方法研究

采用气固两相流计算方法,对某型燃气轮机压气机实际工作环境中沙尘颗粒对压气机叶片磨损特性进行了全三维数值模拟研究,分析了叶片表面磨损位置的分布情况。研究表明：同级与不同级压气机叶片均呈现出明显的非均匀磨损特性,同级叶片的最大磨损浓度可以达到最小磨损浓度的2.9倍,不同级叶片的平均磨损浓度最大相差17.8倍;同一叶片上,颗粒对叶片前缘的磨损程度高于尾缘;随着转速的增大叶片的磨损率最大增加120%且非均匀性进一步增强。     

汽轮机动叶叶根倒角气动优化

采用可考虑叶根倒角影响的叶片三维设计平台,对某一汽轮机高压级动叶倒角半径进行优化设计。将寻优结果与其他样本对叶片流场的影响进行比较,分析了叶根倒角半径对近壁面二次流动和流动损失的影响。结果表明倒角半径的增加在一定程度上对通道涡有削弱作用,但同时会增加附面层损失;倒角半径对前缘附近的流动影响分析结果表明:增加倒角半径会抑制马蹄涡的产生。因此,合理地选择倒角半径将有利于降低通道内二次流损失。     

旋转对非圆形扰流柱排换热影响的数值模拟

对有非圆形叉排扰流柱排的旋转矩形通道的换热旋转效应进行了数值模拟。扰流柱排的几何参数为/=4,/=1.33,/=2.7。来流雷诺数=20000下,旋转数o=0～0.3时对三种不同形状(方形、钻石形和液滴形)的扰流柱旋转矩形通道的换热研究。结果表明:迎风面与背风面的平均数都随着o的增加而增大;钻石形扰流柱排通道的换热最强,其次为方形、液滴形;此外,研究发现随着旋转的增强,矩形通道端壁各段的换热变化呈现出不同的规律,进口区端壁的换热会增强,而扰流柱排区以及尾缘区的换热则先减后增。     

导叶端壁在高温比下冷却特性的实验研究

利用高温风洞及远红外热像技术,实验研究了导叶端壁10排气膜孔出流在主燃气/冷气温比为2.68(主流温度500℃)下的综合冷却特性,对比不同主流进口雷诺数Re_(in)(10000、14900和19700)和吹风比BR(0.6、1.0、1.5和2.0)下端壁表面的综合冷却效率。研究表明:端壁表面冷却效率分布很不均匀,叶片周围和端壁前缘冷却效率较低,端壁中间偏吸力面的区域冷却效率较高;从前缘到尾缘,冷却效率整体呈现逐渐升高的趋势;Re_(in)从14 900增加到19 700时,端壁表面平均冷却效率在BR=1.5和2.0时增幅分别为6.2%和7.2%,而在BR=0.6和1.0时,增幅却均小于2.6%。     

转捩对S809翼型气动特性影响的数值模拟

以S809翼型为例分析了转捩对水平轴风力机翼型气动特性的影响.首先采用多种湍流模型对S809翼型开展了全湍流数值模拟,观察了忽略转捩条件下的翼型升阻力特性,然后开展了考虑转捩的数值模拟,分析了转捩对翼型升阻力特性和尾缘分离的影响.结果表明,在附着流动状态下,数值模拟中忽略转捩会导致翼型升力系数被低估约10％,阻力系数则被成倍高估;转捩对翼型尾缘分离也有一定影响,转捩点越靠近前缘,尾缘附近附面层速度型的饱满程度降低,抵抗逆压梯度的能力减弱,尾缘分离越容易发生.     

燃气透平第一级叶片燃气侧的流动与换热特性研究

对某重型燃气轮机透平第一级叶栅通道内无气膜冷却下的三维黏性流动与传热特性进行了数值模拟,对比了不同来流湍流度对叶片燃气侧流动与换热特性的影响,分析了静叶非定常尾迹对动叶换热特性的影响.结果表明:来流湍流度对静叶表面的换热特性有明显的影响,但对动叶表面换热特性的影响很小;静叶尾迹对动叶表面的换热特性影响较大.