跨音速涡轮叶栅叶型损失预测

利用中国科学院工程热物理研究所和哈尔滨汽轮机厂合建的暂冲式跨音速平面叶栅风洞,进行了3套跨音速涡轮叶栅吹风实验.在此基础上,结合近年发表的跨音速涡轮叶栅叶型损失数据,详细讨论了跨音速涡轮叶栅在设计和非设计两种工作状态下叶型损失的预测方法.在具体分析设计状态下Kacker&Okapuu损失估算模型的基础上,针对发生在进出口区域的激波损失,提出了工程上更为适用的激波损失计算方法,初步建立了跨音速涡轮叶栅在不同攻角状态下的叶型损失预测系统,为跨音速涡轮的工程设计提供了较为可靠的基础性支持.     

跨音速叶栅流场的数值模拟

论述了时间相关有限差分法在跨音速叶栅流动计算中的应用,并以具有代表性的跨音速压气机叶栅流场的计算和图样的制取为例,附以程序编制及其流程图,详细地讲解了计算程序的具体操作。由比较可以看出此方法较以前的时间推进法要快得多。可以预期,随着该方法的不断完善,得到更为精确的结果是完全有可能的。     

设计透平跨音速叶栅时出气角的确定

本文综述了在设计透平跨音速叶栅时气流出气角的各种计算方法和相应的公式,并和试验结果进行了对比。文中还提供了收缩——扩张形流道的跨音速叶栅出气角计算时所用的曲线。     

跨音速涡轮平面叶栅风洞收缩段设计方法研究

本文基于跨音速平面叶栅试验台的搭建,对入口风洞收缩段进行设计。在收缩比确定的情况下,采用流场特性较好的五次曲线。同时从实际角度出发,重点研究收缩段的长高比(长度与入口高度比值)对出口流场的影响,综合对比不同长高比收缩段出口流场品质(压力、马赫数、边界层厚度等),获得了最优长高比,期望为跨音速平面叶栅实验风洞收缩段的优化设计提供了参考。     

跨音速压气机叶栅中稠度对弯掠叶栅流场影响的数值分析

将一跨音速静叶栅数值计算结果与实验结果进行了比较,结果表明计算与实验结果吻合较好。为了讨论跨音速压气机中弯掠叶片的适用条件,在0°攻角下,稠度为1.75、1.50和1.25,对0~30°弯掠叶流场进行了数值分析,结果表明大稠度弯掠叶片的效果较为明显。弯掠叶片使前缘激波转化为斜激波,并减弱了通道激波的强度,因而降低了叶栅激波损失。可以验证在跨音速条件下稠度的大小是否在静叶栅中使用弯叶片的一个重要的参考因素。     

905毫米长叶片跨音速平面叶栅试验研究

一、试验目的及要求研制905mm长叶片,需对叶片的特征截面叶型进行气动性能研究。为此,对叶片五个特征截面叶型进行平面叶栅试验模型设计,模型制造和吹风试验。通过对这五个截面叶型的叶栅吹风试验,可以得到气流流经叶片型面的叶片表面速度分布以     

透平跨音速叶栅正反混合问题优化设计的研究

将遗传算法应用于透平跨音速叶栅正、反混合问题优化设计、提出了给定型线背弧部分压力分布，以正问题分析程序得到的压力与给定的目标压力均方差最小为目标函数，运用遗传算法在已有叶型基础上寻找新叶型的正、经合问题优化设计模型。     

高负荷跨音速透平叶栅气水模拟的试验研究

本文介绍了在我国首次利用气水模拟方法对某高负荷跨音速透平动、静叶栅进行详尽的空气动力学试验研究的结果,并将结果与平面叶栅风洞试验及叶栅绳流的计算结果进行比较。气水模拟方法对跨音速叶栅的方案设计和定性分析具有正确、直观、简便、经济的优点。本方法不仅可替代繁重的平面叶栅高速风洞的试验工作,还可验证跨音速叶栅绕流的计算结果。     

叶片弯曲对跨音速涡轮叶栅流场的影响

对均匀加载叶型所构成的直叶栅及不同弯角所构成的弯叶栅流场进行了数值模拟。研究了弯叶片作用下型面压力分布、马赫数等值线及叶片表面压力分布的改变,同时考察了叶片弯曲对马蹄涡及通道涡生成位置的影响。叶片正变后有助于减少端壁处的横向压力梯度,削弱端壁二次流动;另外叶片正弯后会使马蹄涡起始分离点位置向流道中间偏移,促使通道涡提早发生。本文所选用的差分格式为具有ＴＶＤ性质的三阶精度的Ｇｏｄｕｎｏｖ格式,湍流模型为修正后的Ｂ－Ｌ代数模型。     

跨音速透平叶栅尾缘劈缝射流气动性能分析

基于定常RANS方程,采用Spalart-Allmaras(S-A)湍流模型,数值模拟某跨音速导叶尾缘劈缝射流的定常流动结构,分析尾缘劈缝射流对尾缘激波结构、尾迹流动特性及叶栅气动性能的影响。研究表明:开缝射流显著降低尾缘压力面侧燕尾波强度,并使激波在相邻叶片吸力面入射点向上游移动;当叶栅出口马赫数小于1.35时射流使吸力面燕尾波强度减弱,而达到1.35后射流使该侧激波强度增大;在不同出口马赫数下射流均能降低叶栅动能损失。     

跨音速透平叶栅尾缘劈缝射流的数值研究

采用Spalart-Allmaras(S-A)湍流模型对跨音速导叶尾缘劈缝射流的定常流动结构进行了模拟分析,研究不同尾缘射流压比对尾缘激波结构与强度、尾迹形态、各种能量损失的影响规律.结果表明:劈缝射流可以减小尾迹宽度与低速峰值,降低尾缘燕尾波的强度,射流对压力面侧激波的削弱作用更大;射流使燕尾波的形成位置更接近尾缘,导致燕尾波张角增大;射流可以降低叶栅的总动能损失,压比对激波损失和尾迹损失的影响更明显,但对边界层损失的影响较小;根据叶栅出口的状态可知,存在一个最佳的射流压比.     

跨音速栅流场的数值模拟

论述了时间相关有限差分法在跨音速叶栅流动计算中的应用，并以具有代表性的跨音速压气机叶栅流场的计算和图样的制取为例，附以程序编制及其流程图，详细地讲解了计算程序的具体操作。由比较可以看出此方法较以前的时间推进法要快得多。可以预期，随着该方法的不断完善，得到更为精确的结果是完全有可能的。     

涡轮叶栅三维气热耦合数值模拟

本文借助数值模拟技术,通过气动热分析耦合计算研究了某型航空用涡轮第二级静叶在绝热及实心叶片耦合换热情况下的流道温度场分布,并分析了流场结构,特别是对叶片温度场分布结果进行了分析。通过对三维计算结果的分析表明,耦合计算得到的流场温度场分布更符合实际。耦合与非耦合计算的差别主要体现在温度场的不同上,进而导致了马赫数、压力场、波系及临界流量的不同。因此在气冷涡轮设计中使用多场耦合技术进行数值模拟是非常必要的。     

基于混合RANS/LES的跨音速叶栅流动机理与损失分析

随着透平负荷的不断提高,跨音速叶栅通道中的激波/边界层干涉、非定常尾迹等复杂流动现象成为损失的主要来源。目前常用的RANS方法难以准确预测这些非定常多尺度湍流流动,亟待基于高精度湍流模拟方法研究其精细流动结构及损失机理。基于自主开发的混合RANS/LES方法对某跨音速叶型进行了研究,并利用本征正交分解方法(Proper Orthogonal Decomposition,POD)获得了关键流场结构特征,最后利用基于热力学第二定律的熵生成率分析方法进行了损失机理研究。结果表明:基于混合RANS/LES方法在跨音速叶栅通道内的求解具有可靠性和精确性,尤其对尾迹流场细节的捕捉,该方法更具有优势;在跨音速叶栅流场中,尾迹区的非定常涡脱落和激波间断是流场中非定常效应的主要来源;黏性耗散引起的熵生成率在时均和瞬时熵生成率中占主要作用,是流场损失的主要的来源。     

时间相关法在跨音速二维透平叶栅绕流计算中的应用

本文应用气动力学方程组的时间相关守恒表达式,求解积分形式的方程组,统一求解二维平面叶栅的亚音速与超音速并存的稳定跨音速流场.籍助人工粘性可以估算冲波的位置和强度.为了计算边界参数而采用了特征相容性条件.对两种二维平面叶栅进行了理论计算与实验结果的对比,一致性良好,证实了本方法的精度和有效性.     

基于数值优化的跨音速压气机动叶三维设计

实验验证了三维粘性流场求解程序,然后采用基于梯度法的数值优化程序对跨音压气机动叶积叠线进行优化设计,得到了弯掠结合的三维叶片,并对其进行了数值模拟及详细的流场分析.结果表明采用弯掠的三维动叶可以有效的改变叶片排内三维激波结构,降低尾迹损失,显著提高动叶的整体绝热效率,并使动叶具有更加良好的变工况性能.     

分流叶栅及串列叶栅的流场计算

本文用流函数有限差分松驰法求解了分流叶栅及串列叶栅的流场。所求出的轴流式叶栅叶型表面速度分布与文献[1]中试验数据十分相符;同时计算了多分流叶栅流场,计算值与[2]中试验值吻合很好;还对[3]中的串列叶栅流场进行了计算,计算与试验结果也吻合较好;按本方法计算数据优化设计的含分流叶栅的离心式风机的性能较好。     

有机工质超音速动叶栅设计

基于理想气体二维动叶栅设计理论,建立了适用于有机工质超音速动叶设计的实际气体模型.采用C++编写了工质R134a的动叶设计程序,给定入口和出口马赫数等设计参数,计算得到叶型壁面坐标,对实际气体模型得到的动叶栅进行了数值模拟,并与理想气体模型设计出的R134a动叶叶型进行了对比.结果表明:在饱和线附近稠密气体效应表现明显,实际气体模型与理想气体模型的设计结果差异较大,而远离饱和线时,稠密气体效应表现不明显,2种气体模型设计结果差异较小;数值模拟结果表明该实际气体模型是可行的.     

跨音速ORC叶片尾缘损失研究

为了研究是否因为稠密气体效应使ORC尾缘流动损失有变化,进行了两组模拟。第一组,选用Air和SF_6进行有机工质与理想气体工质的模拟对比,结果显示,由于稠密气体效应,有机工质尾缘损失明显小于理想气体;第二组,采用甲苯、戊烷、R123三种不同有机工质进行叶片数值模拟,结果显示,三种有机工质中,气动基本导数越小,叶片尾缘损失越小。