船用燃气轮机动力涡轮可调导叶级的流场结构

基于耦合求解可压缩Favre平均Navier-Stokes方程及Menter的Baseline（BSL）双方程湍流模型．本文对一个考虑可调导叶设计的船用燃气轮机变几何动力涡轮进行了全流场的三维粘性数值模拟。计算结果表明,采用可调导叶技术,涡轮各级热力反动度发生了明显变化;可调导叶级的流动特性变化更显著影响变几何动力涡轮的气动性能;选取具有良好冲角适应性和跨音速性能的可调导叶是船用燃气轮机变几何动力涡轮气动设计的一个关键技术。由此,根据数值计算结果．重点分析可调导叶级的气动特性及其流场结构。     

舰船燃气轮机变几何动力涡轮通流特性的数值研究

基于叶轮机械三维粘性值模拟技术,本文研究了一个舰船燃气轮机四级变几何动力涡轮的通流特性及其气动性能,并分析了它的主要气流参数随可调导叶转动的变化规律。结果表明,可调导叶级的通流特性将决定整个变几何动力涡轮的气动性能。关小导叶可导致可调导叶级动叶处于较大正攻角而引起吸力面分离流动;反之,开大导叶导致相应的较大负攻角造成压力面分离流动。然而关小导叶引起的吸力面三维分离涡流场将导致变几何动力涡轮的效率更显著的下降。     

重燃涡轮通流特性的准三维数值模拟

采用自主开发的经过多次燃气涡轮工程设计考核的准三元设计平台,以重型燃气轮机涡轮作为研究对象,数值模拟了涡轮通流部分特征部位的气动参数分布规律。数值结果给出了总体气动性能,冷气分布、子午流线和各级反力度以及气动参数节距平均值沿诸列叶栅叶高的分布。通过对计算结果的比较分析,总结出9FA和中低热值燃料重型燃气轮机涡轮通流部分的气动设计特点,为我国自行研制重型燃气轮机涡轮提供借鉴和参考。     

涡轮级叶栅三维湍流流动的数值模拟

采用全三维数值模拟技术和“混合平面”方法传递级间参数,利用k-ε双方程湍流模型和SIMPI正算法,通过求解三维粘性可压缩Favre平均Navier-Stokes方程,对一个考虑顶部间隙的某型船用燃气轮机动力涡轮级叶栅三维湍流流动进行了数值模拟。计算结果与厂家提供的试验结果误差较小。文中给出了影响涡轮级叶栅出口气流角、总压、静压以及总温和静温等各参数的变化规律。     

微型燃气轮机向心透平内部流动分析

对某2.6kW微型燃气轮机向心透平叶轮进行了全三维粘性数值模拟.分析了设计工况下通道中的二次流动现象、各个涡系的发展以及不同叶尖间隙对流动的影响.结果表明:通道内吸力面侧二次流动明显,由于通道涡、泄漏涡的共同作用,叶轮的损失主要集中于吸力面侧靠近叶顶区域;叶轮顶部间隙增加,透平叶轮通流能力下降较慢,而效率降低较快.由于刮削流的影响,使得径向间隙变化对透平效率和质量流量的影响要比轴向间隙更明显.     

长短叶片水轮机内三维粘性流动数值研究

基于RNG κ-ε湍流模型和三维时均N-S方程,计算了长短叶片水轮机全流道三维粘性流动数值,获得了长短叶片水轮机各过流部件内的流场在设计和非设计工况下的流动特性.计算结果可为长短叶片水轮机的水力设计及过流部件的优化设计提供参考.     

集群计算机系统用于叶轮机械通流部分全三维设计分析

探讨了集群计算机系统用于叶轮机械通流部分设计的重要意义和可行性，发展了一整套基于微机集群计算机系统的、独具特色的叶轮机械通流部分全三维粘性流动的分析方法，研发了完全具有我国自主知识产权、程序可靠的叶轮机械流场特性分析软件包。     

多级涡轮三维气动优化设计的可行性分析与实现

多级涡轮三维气动优化设计由于计算量大、计算时间长、变量样本空间过于庞大,在实践中往往设计周期长,且难以有效实现.随着计算机硬件和计算软件的发展,计算能力已经大为改善,多种设计方法亦实现了有效融合.大力开展多级涡轮三维气动优化设计研究,将传统设计方法与现代自动优化设计方法相结合是解决前述困难,实现多级涡轮优化设计的一个有效途径.文中分析了将准三维设计和多级局部优化联合实现多级涡轮三维设计的可行性,给出了一个多级涡轮气动优化设计流程.准三维设计主要是S2流面正问题计算,通过准三维设计进行初步设计,初步提高性能,确定总体参数,为下一步的优化设计打下基础.然后采用多级局部优化设计,多级局部优化过程使用Numeca/design 3D软件,优化联合采用人工神经网络和遗传算法,通过提高局部性能来提高总体性能.流场计算采用全三维粘性流N-S方程求解,并以一个3级涡轮和一个4级涡轮为例,说明此方法的可行性.     

CFX-TASCflow在汽轮机通流设计中的应用

从应用CFX—TASCflow的角度介绍了哈尔滨汽轮机厂有限责任公司(简称哈汽)在汽轮机通流部分全三堆流场设计的应用成果，典型介绍了分流结构叶片、叶片汽封、多级叶片的三维流场计算和新一代亚临界600MW汽轮机高压缸通流气动设计。结果证明，利用CFX—TASCflow能详细地分析三维粘性场各种参数的特性及变化，进一步研究流场中的各种流动情况，控制好流场中的相关参数，合理地设计出高效三维叶片，大大提高了通流效率。     

涡轮叶片环流出角的计算方法

据“Теплоэнергегика”2 0 0 0年 2月号报道 ,МамаевЪ .И .技术科学博士提出了一种改进的汽轮机和燃气轮机叶片环流出角计算方法。众所周知 ,流出角是涡轮机最重要的气动力特性之一。用来计算它的关系式在很大程度上决定了其气动力模型的可靠性。正问题计算分析了通过涡轮基元级叶片环环状射流轴对称稳定的气体流动。原则的方法问题之一是确定喉部截面的面积及垂直于该表面的气流分速度。有效流出角的计算 (反问题 )结果用于新设计叶片环的叶片造型。对叶片环流出角和出口速度计算方法所完成的改进可以显著改进涡轮…     

简讯

ГТД15000型燃气轮机是原苏联最近研制成功的一台具有高压比(20)、高燃气初温的简单循环燃气轮机,其通流部分气动性能优良,设计成供工业/舰船推进用。利用该燃气轮机的排气余热,已可提供燃蒸复合循环结构。该机组区别于一般船用燃气轮机的最大特点是动力涡轮可做成具有可倒车工作的通流部分,从而使燃气轮机本身可以直接倒车。这种倒车燃气轮机设计已取得了美国、英国、日本和西德的专利,并且也已成功地运用于原苏联的     

变几何燃气轮机性能的计算分析

为了分析不同涡轮变几何时的机组性能,基于小偏差方程提出了一种研究变几何燃气轮机性能的新方法。应用该方法计算了不同涡轮通流面积的相对变化量在±5%时的机组性能,并从理论上进行了分析。分析表明:在简单循环机组中,无论是高压涡轮、低压涡轮还是动力涡轮变几何,对系统经济性的影响都不大,但会影响压气机平衡运行线,其中低压涡轮变几何对低压压气机平衡运行线的影响较大,高压涡轮和低压涡轮变几何对高压压气机平衡运行线的影响较大。     

微型燃气轮机向心透平的设计和研究

在研究微型燃气轮机向心透平结构特点和工作原理的基础上,建立了向心透平设计计算的数学模型.利用计算机辅助设计技术完成向心透平的热力计算和通流部分的结构设计,应用参数化设计思想和三维建模技术实现其变参数时的快速实体建模,应用有限元分析方法进行叶轮的结构分析和优化,基于虚拟操作平台实现其装配顺序规划、碰撞检测和装配仿真.     

考虑动静干涉的多级透平叶栅大攻角流动特性的三维数值分析

采用全三维粘性数值模拟技术，利用由Menter基于κ-ω模型和κ-ω模型发展而成的BSL双方程湍流模型(Baseline Model)，采用“混合平面”方法传递级间参数，通过求解三维粘性可压缩Favre平均Navier—Stokes方程，对一个考虑应用变几何涡轮技术的舰船动力涡轮三维粘性流场进行了数值研究。变几何涡轮的显著特点是采用可调导叶技术，进而使其透平叶栅可能在大攻角范围内运行。由此通过多级计算，计及动静干涉效应和动叶顶间隙的影响，从而更准确地预测透平叶栅的大攻角流场特性，以期把握变几何涡轮技术的气动设计特点。     

小偏差方法在变几何燃气轮机性能研究中的应用

为了分析不同涡轮变几何给燃气轮机性能带来的影响,基于小偏差方程提出了一种研究变几何燃气轮机性能的新方法。该方法的计算结果与特性曲线法的计算结果比较表明,新方法的计算精度在绝大多数工况下都可以保证在4%以内,如表2所示。采用该方法的计算结果表明,不同涡轮变几何可以得到不同的效果:高压涡轮和低压涡轮变几何可以很好地调节压气机的工作点,在燃气轮机改造过程中可以起到很重要的调节作用,动力涡轮变几何则可以更好地改善机组的变工况性能。     

冷却叶片的设计

据《Тплоэнергетика》2 0 0 2年 9月号报道 ,借助于描述叶片内热力过程的先进模型 ,ЦИАМ (俄罗斯中央巴拉诺夫П .И .航空发动机制造研究所 )制定了高性能燃气轮机冷却叶片的设计方法。为了解决与冷却叶片有关的问题 ,利用了下述数学模型 :用于冷却叶片系统通路内空气流动及其沿液力网络分支分布的一维计算模型 (液力模型 ,ＧＩＤＲ -Ｍ程序 ) ;叶片各截面内温度的计算模型 (几何模型和传热模型 ,Ｐｒｅｐ -Ｋｅｙ和ＫＷ3Ｄ程序 ) ;冷却系统通路内热交换模型 ;阻隔膜计算模型。利用数值方法求解数学模型的方程组。制定了…     

圆形截面离心压缩机蜗壳内部三维流动的测量与分析

利用五孔探针对大尺度低速离心压缩机的圆形截面蜗壳内部三维流动进行了详细的测量,给出了蜗壳螺旋通道部分径向测量截面的通流速度分布以及通流速度、总压、静压沿径向与圆周方向的分布图,并与一维计算的流量进行了比较.结果表明,各截面测量得到的流量与一维计算的趋势相同,且随着角度的增大,计算与实验之间的差别逐渐减小;另外,本试验蜗壳内的流动是复杂的三维流动,蜗壳各径向截面的通流速度沿径向的分布与动量矩守恒规律有比较明显的差别,总压沿圆周方向变化不明显.     

轴流透平多截面气动设计方法研究

本文基于完全径向平衡方程,研究发展了一套多级轴流透平多截面气动设计方法和叶片造型方法.采用该方法对某型燃气轮机四级透平进行了气动设计,并对设计出的透平进行了三维定常流场计算,结果表明,三维计算结果与设计结果吻合较好.     

基于运行数据的燃气轮机性能评估方法

主要研究如何在燃气轮机燃料量及组分信息缺失或不准确的情况下评估燃气轮机现场运行性能。首先回顾并深入分析了应用ISO2314进行性能试验数据分析的过程,评估了燃气轮机性能参数的分析方法,该方法依赖准确的燃料量和组分测量值。针对机组长期运行过程中燃料量测量值随涡轮流量计漂移而准确性大幅降低的问题,对ISO2314中的数据分析方法进行改进,放弃应用燃料量测量值,引入透平通流能力变化规律来进行数据分析。提出一种基于运行参数和透平通流能力退化规律来实时计算整机效率、流量及等效透平前温的方法。该方法计算出的燃料量准确性高于机组运行过程中未及时校准的涡轮流量计所得测量值,进而保证了实时评估性能参数的准确性。     

涡轮增压器离心压气机叶轮内部流场计算分析

本文根据叶轮部分的通流尺寸参数,首先采用UG NX软件生成初步的叶片及流道三维外形三维实体模型,并在IECM CFD软件中生成网格模型,然后在ANSYS-CFX软件中设置边界条件、选择合适的计算模型、设置收敛准则等,对涡轮叶轮部分进行流动数值模拟,获得了该部分的压力、速度等参数分布,并对其参数的分布情况进行了相应的分析.结果表明,各参数的变化规律对缩短叶轮机械设计周期、降低设计风险、改善叶轮机械气动性能以及探索叶轮机械气动设计的新方法提供了参考.