汽轮机叶片正弯对叶顶间隙泄漏流动影响的数值模拟

以某汽轮机高压级动叶为研究对象,采用κ-ε湍流模型,应用SIMPLEC算法对在相同叶顶间隙高度下的常规扭叶片和正弯扭叶片的叶顶间隙流动进行了数值模拟。研究结果表明:与常规扭叶片相比,叶片正弯提高了汽流在叶顶区的最低压力值,减小了叶顶压力边与吸力边的横向压力梯度;汽流在正弯扭叶片吸力面附近形成的泄漏涡的影响范围和对通道主流的扰动弱于在常规扭叶片内形成的影响;正弯扭叶片使汽流在吸力面和压力面上形成了叶顶部正径向压力梯度、叶根部负径向压力梯度的"C"型压力分布,同时降低了叶片上端部附近的总压损失。叶片正弯既降低了叶顶泄漏损失,又降低了叶栅通道内的掺混损失。     

汽轮机动叶顶部间隙泄漏流动特性的数值模拟

以一个小展弦比轴流透平级为研究对象,采用数值方法对不同动叶顶部间隙情况下的间隙泄漏流动进行了分析,研究了间隙流和间隙涡的形成、发展及其对透平级性能的影响.以三维流线和极限流线为手段,分析了6种间隙尺寸下动叶顶部的泄漏流和泄漏涡造成的损失及其与主流掺混的过程.结果表明:动叶顶部间隙两侧压力面和吸力面之间的压力差使汽流从压力面被吸入间隙,跨过叶顶,进入相邻叶栅通道的吸力面,导致泄漏流动;与无间隙的情况相比,叶顶间隙的存在使上端壁处的流场发生明显变化,引起损失迅速增长;随着间隙的增大,泄漏涡的产生位置提前,强度增大,从而导致更大的流动损失.     

汽轮机湿蒸汽级叶顶间隙泄漏流动的数值研究

以某大型汽轮机低压缸末级为研究对象,对不同进口流量下的动叶叶顶间隙泄漏流动进行了数值模拟,分析了其流场特性以及流量大小对泄漏损失的影响.结果表明:动叶压力面与吸力面都存在着明显的分离流动.在压力面处,随着进口流量的减小,分离流体产生的位置从60％叶高处变化至45％叶高处;在吸力面处,叶片根部形成了与分离流体旋向相反的通...     

叶顶形状对轴流风机气动噪声影响的数值研究

以某两级动叶可调轴流风机为例,采用Fluent软件对5种改进的叶顶形状下的风机性能进行了模拟,并引入大涡模拟和FW-H声学模型获得了不同叶顶形状下风机的噪声源分布和气动噪声特征.结果表明:5种叶顶形状均可有效提高风机性能,提升效果依次为逆流向斜槽、双斜槽、上阶梯叶顶和下阶梯叶顶,而顺流向斜槽仅在小体积流量下使得风机性能明显提升;叶顶形状改进后,叶顶泄漏涡的影响增强,造成叶顶区和叶片前缘噪声显著增大,为风机内主要噪声源;风机各区域的声压幅值均受显著影响,且越靠近噪声源,受影响越突出;该风机内噪声主要以中低频的旋转噪声为主,各区域噪声均在基频位置达到最大值,叶顶形状改进后声压级随频率增大发生小幅提高,频谱形态发生明显改变.     

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.     

扭叶片正弯对叶栅通道内二次流动影响的数值分析

以某汽轮机高压级动叶为研究对象,采用κ-ωSST模型、SIMPLEC算法数值模拟了正弯扭叶片叶顶间隙泄漏涡的形成和发展过程及其对叶栅通道二次流的影响。结果表明:相对于常规扭叶片,汽流在正弯扭叶片吸力面附近形成的泄漏涡的影响范围和对通道主流的扰动变小,且叶顶间隙的增加削弱了正弯扭叶片吸力面的"C"型压力梯度,使得叶片两端部附面层厚度增加,造成了叶片端部损失的增大。     

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．     

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%。     

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.     

弯叶片对压气机静叶根部间隙泄漏流动的影响

研究了弯叶片对压气机静叶根部泄漏流动的影响机理.对比分析了采用弯叶片后,根部间隙泄漏涡的运动轨迹、旋涡强度的差异以及对吸力面附面层发展的影响;从根部最大负荷位置以及逆压梯度等参数的变化,分析了造成泄漏流动变化的原因;从出口截面的轴向速度分布以及出口气流角沿叶高分布的变化,分析了静叶根部采用弯叶片后对流动匹配的影响.结果表明:正弯叶片使泄漏涡强度减弱,提高了下端壁的通流能力,改善了静叶出口气动参数的均匀性,减少了能量损失,尤其是使近端壁处轴向速度增大,有利于原型压气机根部的流动匹配.     

常用湍流模型对某低速轴流压气机转子叶尖泄漏流的预测研究

为了研究常用湍流模型对轴流压气机转子叶尖泄漏流的预测能力,对某低速轴流压气机进行了实验研究及数值模拟,对比分析了不同湍流模型预测的转子叶尖泄漏流的流场分布、旋涡特性以及堵塞特性与实验结果的异同。结果表明：对于转子叶尖泄漏流的旋涡特性,在近失速点,k-ω模型预测的转子叶尖泄漏涡轨迹的斜率和位置在周向上的分布以及泄漏涡涡核的面积与实验结果最接近;对于转子叶尖泄漏流堵塞特性,在堵塞系数达到峰值之前,BSL模型的预测结果与实验结果最相近,而在堵塞系数达到峰值之后k-ε模型的预测结果与实验结果最相近,虽然k-ω模型预测的堵塞系数在整个流向位置都偏高,但堵塞系数沿流向的分布规律与实验结果吻合最好。     

Numerical Investigation of the Interaction between Mainstream and Tip Shroud Leakage Flow in a 2-Stage Low Pressure Turbine

The pressing demand for future advanced gas turbine requires to identify the losses in a turbine and to understand the physical mechanisms producing them. In low pressure turbines with shrouded blades, a large portion of these losses is generated by tip shroud leakage flow and associated interaction. For this reason, shroud leakage losses are generally grouped into the losses of leakage flow itself and the losses caused by the interaction between leak- age flow and mainstream. In order to evaluate the influence of shroud leakage flow and related losses on turbine performance, computational investigations for a 2-stage low pressure turbine is presented and discussed in this paper. Three dimensional steady multistage calculations using mixing plane approach were performed including detailed tip shroud geometry. Results showed that turbines with shrouded blades have an obvious advantage over unshrouded ones in terms of aerodynamic performance. A loss mechanism breakdown analysis demonstrated that the leakage loss is the main contributor in the first stage while mixing loss dominates in the second stage. Due to the blade-to-blade pressure gradient, both inlet and exit cavity present non-uniform leakage injection and extrac- tion. The flow in the exit cavity is filled with cavity vortex, leakage jet attached to the cavity wall and recircula- tion zone induced by main flow ingestion. Furthermore, radial gap and exit cavity size of tip shroud have a major effect on the yaw angle near the tip region in the main flow. Therefore, a full calculation of shroud leakage flow is necessary in turbine performance analysis and the shroud geometric features need to be considered during turbine design process.     

低速环形压气机静叶栅采用弯叶片壁面分离流结构的数值分析

使用拓扑结构分析方法对某型压气机静叶栅的直叶片与弯叶片数值计算，对壁面分离流结构进行了分析研究，发现弯叶片对壁面流线拓扑结构和分离流结构影响明显。给出了直叶栅吸力面，下端壁角区流场的拓扑结构，并证明数值计算结果的奇点总数满足环形叶栅壁面（包括叶片表面和上、下端壁表面）拓扑准则。图10参4     

涡轮叶片前缘气膜冷却的数值研究

对前缘带有2排冷却孔的高压涡轮叶栅进行了气膜冷却数值计算,在吹风比分别为0、0.7、1.1、1.5的情况下得到了叶片型面的静压分布,并将计算结果与实验数据进行了对比研究.此外,还详细分析了冷却孔出口附近区域的流场特性.结果表明,吹风比对叶片型面的压力分布影响不大,只是在冷却孔附近有较为明显的变化.同时,由于冷气射流的注入,在冷却孔后出现了一对旋转方向相反的肾形涡,此时增大吹风比不会对旋涡产生明显的影响,但对旋涡下游流场的影响比较明显.     

多级轴流压缩机叶片的振动特性及材料综合抗振强度的对比分析

变速运行的轴流压缩机为不调频叶片机组。以1台燃气轮机机组为例,采用动应力计算方法对轴流式压缩机各级叶片的动强度进行计算,了解其安全裕量,并通过材料的综合抗振强度分析对其事故叶片提出简单可行的处理办法,经长期运行表明:安全可靠。图2表2参     

周向弯曲方向对弯掠叶片小流量工况下气动-声学性能的影响

对周向弯曲低压轴流风扇的气动-声学性能进行了数值模拟和试验验证,讨论了不同流量和不同周向弯曲方向对叶栅做功能力、稳定工作范围和叶顶泄漏声源特性的影响规律.结果表明:随着流量减小,周向弯曲使叶栅叶顶区域栅的气流轴向做功能力增强,周向做功能力减弱,叶片负荷减小,周向后弯的效果最明显;周向前弯曲改善了端壁附近的流动状况,是拓宽叶轮的稳定工作范围的重要因素;周向弯曲可增加叶顶泄漏涡的稳定性,减弱叶顶泄漏涡区的Powell声源强度,周向前弯效果最好.叶顶泄漏声源特性随流量变化的规律与宏观声学表现一致.     

基于复杂度的轴流风机动叶偏移时声压信号的表征

以OB-84型单级动叶可调轴流风机为研究对象,在大涡模拟LES基础上,引入FW-H声学模型,模拟得到动叶安装角异常时风机各区域的声压信号分布,并与正常工况进行了比较.基于功率谱密度特征,对原始声压信号进行小波分解与重构,并提取重构信号的特征熵,探讨了3种复杂度算法及其表征能力.结果表明:不同区域内声压时域特征各异,当动叶安装角异常时,声压信号的脉动形态、脉动区间和幅值均发生改变;该风机噪声信号在低频处呈现出明显的离散峰值特征,且能量逐级递减,而随偏离度增加,宽频噪声特性更加突出;动叶区声压信号特征熵最低,规律性很强,集流区和扩压区的气动特性和噪声信号相对稳定,可用近似熵、样本熵和Lempel-Ziv复杂度来表征风机单动叶偏离程度.     

带轴径向扩压器低压排汽缸几何参数的选择

以大量系列试验数据和数值计算为基础,分析了轴径向扩压器及低压排汽缸各种几何参数对排汽缸气动性能的影响,并在此基础上提出了带轴径向扩压器低压排汽缸几何参数选择的范围。