马赫数对不同负荷分布形式的高负荷低压涡轮性能的影响

数值模拟了3种不同负荷分布形式的高负荷低压涡轮叶片在宽广马赫数范围内的流场。通过分析得出:后加载叶型对马赫数的变化较前加载和均匀加载叶型更为敏感,在高马赫数范围内,叶型气动损失亦非常大,远远大于前加载和均匀加载的叶型;当出口等熵马赫数为1时,后加载叶型的气动损失较均匀加载增加了100%。     

叶型几何变形对涡轮载荷分布的影响

为了寻找将中部加载涡轮叶片改型为后加载涡轮叶片的设计规律,用三维流体软件NUMECA对某四级动力涡轮的第一静叶进行了后加载改型设计研究.通过调整Bezier曲线控制点改变叶型的中弧线和内背弧.数值模拟结果表明:保持叶型中弧线轴向长度不变而缩小中弧线的周向长度,同时通过增加叶型厚度来控制喉部面积,可以得到性能先进且保持与原始涡轮级动叶气动匹配的后加载静叶叶型.三维流场研究表明:后加载叶型改善了叶型损失,同时减小了二次流损失,改型的后加载静叶使得涡轮级效率提高了0.62％.     

航空发动机叶片叶型无损检测气动试验研究

本文用气动检测法,对航空发动机叶片叶型进行无损检测,对发动机基元叶型生成技术、三维叶片优化设计方法,表面气流参数分布准则及气动性能与型面几何形状匹配,数值模拟方式及叶型研究和分析的方法进行测试,验证了方法的有效性,完善了叶片设计方法,创新了叶片叶型检测的理论与实践。     

600MW汽轮机某级叶片气动性能分析及优化

以600 MW汽轮机高压缸某一级叶片为研究对象,利用ANSYS Workbench软件对该级动、静叶片的气动性能进行模拟分析,通过比较6种动叶片前缘椭圆率确定将动叶片椭圆率改为2,并对原叶型的流场分布与改进叶型后叶片的流场情况进行了分析。结果表明:改进叶片的前缘和尾缘椭圆率后,叶片的流线分布趋于稳定,气动性能得到提高,降低了损失。     

蒸汽轮机末级应用海豚型静叶的数值仿真

分别对海豚型叶型和常规设计的蒸汽轮机叶型进行了一级全三维气液两相数值计算,对比发现所设计的海豚型叶型在改善常规叶型流场的气动性能、提高汽轮机轮周效率的同时,可以提高流道内叶片段区域的湿蒸汽干度,改善流道内湿蒸汽的分布。海豚型叶型具有短的扩压段,使激波和附面层干扰区域具有更强的防汽流脱落能力,这样可减少此区域内水膜被高速汽流急剧撕裂成二次水滴的可能。海豚型叶型通道内湿蒸汽湿度沿叶高的分布特点有利于在叶片上表面开设除湿槽,进行高效除湿。     

漂浮式风电机组平台运动对叶片应力特性的影响

海上风电机组运行时,受波浪和风载影响,在平台运动下叶片的气动和结构载荷较为复杂.采用CFD方法对NREL 5MW风电机组进行了非定常气动性能数值模拟,然后加载至叶片固体模型进行形变量分析与应力分布研究.研究结果表明:展向80％至90％的叶片段承担了叶片整体最大做功量.平台运动下叶片整体形变量变化较大,耦合运动所对应的风...     

高温气冷堆氦气涡轮三维气动性能分析

为了核算涡轮设计方案,评价设计结果的优劣,优化涡轮气动特性.从多级联算的角度,采用多重网格技术,在静、动叶之间利用"混合平面"方法对高温气冷堆氦气轮机的六级涡轮进行了三维黏性流场计算分析.结果表明,无论总体参数还是叶列间参数计算值与设计结果均吻合较好,并且经分析发现导叶采用了"后部加载"叶型,使涡轮具有了优良的变工况气...     

汽轮机叶型的三维数值模拟及优化

以25 MW凝气式汽轮机的某级叶片为研究对象,利用ANSYS Workbench平台中的旋转机械分析系统对该级叶片进行了静、动联合三维数值模拟优化.结果表明,优化后叶片压力系数分布较好,降低了叶片表面压差分布,有效控制径向二次流损失;总压损失系数有所减小,平均总压损失系数降低1%;等熵效率由原来的92.099%提高至93.157%.优化后的叶型明显提高了气动性能,降低叶型能量损失,增加了汽轮机效率.     

压气机动叶CLOCKING效应对叶片气动负荷的影响

为研究某型燃气轮机中间三级轴流压气机第二级动叶片的CLOCKING效应及其对静叶片气动负荷的影响,采用基于谐函数(harmonic)的非定常计算方法对三级压气机进行数值模拟,分析流场尾迹输运以及叶片非定常气动负荷.计算结果表明,动叶片处于不同CLOCKING位置时,非定常流场具有截然不同的熵输运特点,因而在不同的气流激振力作用下各列叶片气动负荷差别较大.在CLK2位置上,静叶片气动力始终为正值,且波动幅值明显比其它位置小,气动力方向角波动范围最小,且气动力矩波动幅值和方向改变次数最少,具有最稳定的气动负荷.     

压气机叶片前缘形状与局部损失相关性

压气机叶型的椭圆形前缘相比传统圆弧形前缘能减小流动损失,扩大攻角范围,但加工难度提高。为了尽可能减少加工成本、充分利用椭圆形前缘的气动优势,研究了在不同来流条件下椭圆形前缘与圆弧形前缘的气动性能差异。利用椭圆方程重新设计CDA叶型的前缘;引入SST湍流模型加γ-θ转捩模型对计算模型进行数值模拟,分析叶片前缘的切向速度与熵分布;研究了叶片前缘曲率与局部流动损失的相关性,并详细比较了在不同来流条件下椭圆形前缘与圆弧形前缘的气动性能。分析结果表明,在攻角小于2°的正攻角、较高来流马赫数、较低来流湍流度与雷诺数条件下椭圆形前缘优势更明显。     

Investigation of the Aerodynamic Character in Turbine Cascades with Aft-loaded Profile

For evaluate the aerodynamic character of the turbine cascades which have the aft-loaded profile, the experimental investigation was carried out on the low speed annular wind tunnel. And the detailed measurements of the aerodynamic parameters were made from upstream to downstream of the two type turbine cascades, the one is the conventional straight blades cascade, the other is the curved blades cascades. The static pressure distributions on the endwall and the blade surface were also carried out. The influence of the aft-loaded profile and the curved blade on the development of loss and the pressure distribution was discussed, and analyses the different flow phenomena and mechanism in two type turbine cascades.     

汽轮机静叶栅二次流损失的数值研究

基于有限元有限体积法和全隐式多网格耦合算法,对某汽轮机高压级有一定扭曲度的静叶栅流场进行了三维稳态数值模拟,分析计算了叶栅通道内上下端壁二次流发展的特点及叶栅的气动特性。计算结果表明,叶栅端壁二次流损失与叶型型面及上下端壁面的汽流情况有密切关系。同时揭示了叶栅通道内的涡系演变特点,发现在流道尾部二次流强度发展迅速,在靠近背弧上下端部附近形成两个明显漩涡区,进而引起总压损失系数和出口汽流角沿叶高方向产生明显变化,这对存在一定扭曲度叶栅的气动特性研究及设计有一定的指导意义。     

Flow separation control by using bowed blade in highly loaded turbine cascades

Due to the serious flow separations and centralized vortices,there are high secondary losses in highly loaded turbines.It is imperative to find measures to control the flow separation and vortices hence improve the turbine performance.This paper reports our recent progress on flow separation and vor-tices control in highly loaded turbine cascades by using bowed blades.Two sets of highly loaded tur-bine cascades with the turning angles of 113° and 160°,and each with 7 bowed blade angles 0°(straight),±10°,±20...     

弯曲叶片降低能量损失的涡动力学机制

采用实验与数值模拟相结合的手段，从涡动力学的角度阐述了弯叶片降低能量损失的机理，研究了在不同攻角，不同出口马赫数，不同弯角条件下涡轮叶栅流场内主要旋涡的生成与发展，并通过与直叶栅的对比，研究了叶片弯曲对马蹄涡起始分离点位置及对通道涡位置强度的影响，从截面涡结构入手，分析了叶片弯曲这种边界条件的改变方式对通道涡稳定性的影响，通过分析在不同气动条件下通道涡对损失贡献的差异指出了在通道涡强度与尺度较大的叶栅，叶片弯曲不但会直接通过改变通道涡的强度，减少通道涡本身的损失来影响损失的大小，同时也会通过对通道涡位置的改变来影响损失的分布与大小。     

Tests and numerical simulation on curved blade of super-critical adjust stage

Tests and numerical simulations of super-critical adjust stage blade were carried out and the effect of bowed blade on flow characteristics and the secondary flow were analyzed. The simulation and test results show that the adjust stage blade with aft-loading and big front-edge radius has good flow characteristics by meridian shrink. The numerical studies were carried out with software of NUMECA in order to investigate the aerodynamic characteristics of adjust stage blades,which include prototype blade(tested blade) ,positive curved blade (15°) and negative curved blade(-15°) . The simulation results show that the positive curved blade forms a negative static pressure gradient in the lower region of the cascade along the blade height and a positive static pressure gradient in the upper region. This leads to the reduction of the streamwise vortices intensity and the aerodynamic load on both sides of the blade and the endwall. Therefore,the crosswise secondary flow losses of endwall can be decreased considerably.     

低雷诺数涡轮叶栅损失的实验与数值模拟研究

发动机涡轮部件在高空低速飞行条件下工作雷诺数降低，其损失显著增大、效率显著降低。本研究的目的是应用实验分析与数值模拟相结合的方法，深入认识高空低雷诺数条件下涡轮流动损失的特征和规律，数值计算是基于Jameson中心差分格式和Runge-Kutta时间推进的方法求解N-S方程完成，实验是在西北工业大学低速涡轮平面叶栅实验风洞进行。研究表明，随着雷诺数降低，涡轮叶栅流动损失增大，当雷诺数小于40000之后，涡轮叶栅流动损失呈明显增大的趋势。数值计算结果表明在低雷诺数条件下，涡轮叶栅吸力面后部流动产生了分离，这是流动损失增大的主要原因。数值预测的结果与实验测量结果的趋势吻合得相当好。     

6 MW抽凝汽轮机组DCS＋DEH改造及其效果

某公司2台6MW抽凝式汽轮机组采用常规仪表和液压调节系统控制,存在控制精度较低、检修维护量大、现场调试困难等问题,不能达到最佳热电分配.为此,将机组常规仪表控制改造为DCS控制、液压调节系统改为DEH系统,实现DCS＋ DEH一体化设计.结果表明：改造后的控制系统能做到数据共享,达到机组热电负荷跟踪控制和节能优化调节的效果,降低节流损失和乏汽损失,提高了汽轮机热效率和机组经济性,每年可节约标煤3 279 t、节水30000 t,经济效益和社会效益非常显著.     

超临界二氧化碳高压涡轮气动设计及性能

为建立高性能超临界二氧化碳(SCO2)布雷顿循环系统,基于西安热工研究院的5 MW等级SCO2火力发电试验平台的高压涡轮设计参数,采用基于Denton损失模型的自编一维涡轮设计程序、AXIAL软件及AXCENT软件设计了2级轴流超临界二氧化碳涡轮,采用CFX软件RANS方程与NIST的真实超临界二氧化碳工质物性数据相结合的数值方法,研究了超临界二氧化碳高压涡轮设计工况和变工况气动特性.结果表明:综合考虑高设计参数下的超临界二氧化碳涡轮辅助系统的可实现性,选择两级轴流直叶栅涡轮设计方案,经叶型优化后可实现两列涡轮静叶的总压损失约为0.042,第1/第2列动叶栅相对总压损失为0.050和0.064,叶片的根部、中部和顶部流场的马赫数分布合理.考虑动静叶泄漏掺混损失的高压涡轮的等熵效率可达到84.88%,轴功率3 251 k W,涡轮变工况性能良好.     

基于流固耦合的风力发电机周围流场特性分析

为了提高风能利用效率,合理设计风电场,基于ANSYS Workbench有限元仿真平台以水平轴风力发电机为研究对象,在额定工况条件下对风力发电机周围流场特性进行了流固耦合分析,得到了风力发电机尾迹及叶片附近旋转域流场的风速、风压分布.结果表明:在风力发电机后不同距离的截面处,其湍动能沿竖直方向均呈现“M”型变化趋势;在水平方向上,部分流经叶片的空气产生了旋转,并具有向四周扩散的现象;在叶片旋转域中,沿叶片径向其风压与风速不断增大.     

含温湿效应的复合材料风机叶片的破坏

针对复合材料风机叶片在温湿环境下的早期失效问题,采用有限元数值模拟方法研究了考虑了风载荷和温湿载荷共同作用下叶片的逐步破坏行为和破坏机理。将风机叶片简化为悬臂梁模型,进行了三维建模,对蒙皮、腹板和主梁均采用板壳单元进行离散,分别讨论了在不同温度及湿度条件下,环境因素对复合材料风机叶片材料性能的影响,并分析了叶片刚度、强度的变化及破坏情况。同时引入基于应变分布的三维Hashin失效准则,利用有限元分析软件ABAQUS对风机叶片进行刚度和破坏分析,讨论了风载下复合材料风机叶片的逐步破坏行为以及温湿载荷对风机叶片强度和刚度的影响。分析结果表明,高温湿润的环境对复合材料风机叶片材料性能影响很大,导致叶片的强度和刚度均有不同程度的降低。