端壁相对运动对压气机叶栅间隙流场影响的数值模拟

压气机端壁与叶片间的相对运动是影响叶顶间隙气流流动的重要因素.采用数值模拟的方法考察了端壁运动对不同叶顶间隙压气机叶栅内三维流场的影响.结果表明:端壁相对运动改变了叶栅间隙流场结构,叶栅通道内出现向相邻叶片压力面运动的刮削泄漏涡,上通道涡及叶顶分离涡受到抑制,叶尖负荷增大,间隙泄漏流量增加,叶栅总损失由于叶顶区掺混损失减少而减少.     

封严篦齿对轴流压气机涡系结构与流动损失的影响

为了解决压气机级间泄漏与二次流流动问题,航空发动机轴流压气机静叶根部与转子之间通常采用篦齿进行封严。为研究封严篦齿泄漏流对压气机性能的影响,基于某轴流压气机建立了带封严篦齿真实结构的几何模型,采用三维数值模拟的方法,研究了篦齿泄漏流对某轴流压气机主流涡系结构和流动损失的影响,并探究了其影响机理。结果表明：封严篦齿泄漏流使压气机的压比和效率都有不同程度的下降;篦齿泄漏会增强上游转子叶根吸力面的尾缘角区涡和静子叶根吸力面的马蹄涡,并使设计工况的上游转子和静子的流动损失分别增大3.1%和13.1%;静子叶根后附面层低能流体被抽吸,改善了下游流场,使下游转子流动损失减小2.4%;在近喘振点,由于压气机内流场恶化严重,篦齿泄漏带来的流场变化并不显著,泄漏流对主流影响小。     

动叶轮缘泄漏对非轴对称端壁端部损失及冷却的作用

应用数值方法研究了单级涡轮轮缘泄漏对动叶非轴对称端壁端部二次流损失及冷却效果的影响,得到了不同封严冷气质量流量比(MFR)下的叶栅内部流场特征,并与轴对称端壁模型进行对比。结果表明:轮缘泄漏吹扫使得非轴对称端壁对气流偏转的改善作用削弱;当冷气量从0.4%增大到1%时,相比于轴对称端壁模型,应用非轴对称端壁所产生的轴向涡量减小量从11.02%下降到了5.65%,非轴对称端壁的效果明显减弱;封严气流在动叶非轴对称端壁表面形成了三角形的气膜冷却区域,但绝热气膜有效度在流动的周向以及轴向方向上较轴对称端壁均有一定程度的减小,主要发生在叶片吸力面角区以及压力面侧马蹄涡的偏转路径上。     

地面重型燃气轮机压气机静叶流动分析

研究对象为某地面重型燃气轮机压气机亚音速级静叶,静叶为悬臂结构,展弦比较大。通过分析静叶流场结构特点发现:①静叶上端壁角区分离流动和静叶下端壁间隙泄漏流动使上下端壁通流能力下降容易诱发角区失速;②由于叶片较长,静叶叶型损失较大,使其与两端区流动并列成为影响静叶损失的3个主要来源。     

高压涡轮采用非轴对称端壁的研究

以某型高压涡轮第二级静叶为研究对象,对四种非轴对称端壁造型状况下涡轮叶栅的流动状况进行数值模拟,研究非轴对称端壁造型技术在高压涡轮中对流动产生的影响。将非轴对称端壁与轴对称端壁的计算结果对比分析,结果表明：在该型涡轮设计工况下,非轴对称端壁的应用可以明显减弱端壁处的横向压力梯度,降低出口截面处的绝对螺旋度,减少主流与二次流之间的掺混,同时使得出口气流角沿叶高分布更加均匀,改善下游动叶入口的气动条件。     

某压气机进口级流动损失及静叶流场分析

采用三维雷诺平均N-S方程求解方法,对某燃气轮机压气机进口级流动进行模拟,研究了峰值效率点及近失速点的性能及流动特性,探索叶片通道中引起高损失的原因,分析了静叶通道内复杂的流动结构及吸力面角区分离的产生机制。结果表明:当该压气机级向近失速工况推进时,静叶中的能量损失较导叶、动叶增长更快;静叶下端壁大范围低速流体是损失的主要来源;通道涡及泄漏涡是静叶通道内主要二次流,其共同作用造成大面积总压损失;近失速工况下沿流向和展向的逆压梯度增大且二次流增强,导致静叶吸力面下端壁角区分离现象的出现。     

端壁造型在叶轮机械中的应用与发展

对一项新的设计技术-端壁造型技术的发展历史进行了回顾.端壁造型技术可以降低端壁区二次流损失,其提高效率的作用已经在涡轮中得到了广泛的验证,相关结论可以直接被工程采用.端壁造型技术在压气机中的研究虽晚于其在涡轮中的研究,但最新研究表明:端壁造型在改变跨音压气机激波结构,改善压气机稳定工作裕度,以及降低静叶角区分离等领域能够发挥一定作用.端壁造型技术反应了人们利用复杂型面来提高叶轮机械性能的研究趋势,值得研究者在未来开展更深入的研究.     

动叶间隙对压气机气动性能的影响

为研究动叶间隙大小对压气机性能及流动的影响,以一台高亚声速一级半压气机级为研究对象,在设计间隙、0. 5倍、1. 5倍及2倍设计间隙下进行定常三维数值模拟。计算结果表明,随着间隙增大,压气机效率及总压比下降。大间隙下泄漏流增强,导致动叶叶尖及其下游区域损失增加,压气机转子效率随间隙增大而线性下降;同时,泄漏流的增强也恶化了动静叶匹配,导致静叶上端壁产生额外损失,压气机级效率下降幅度大于转子效率。     

透平叶栅非轴对称端壁优化目标比较

基于双控制曲线和改进的Kriging代理模型建立了非轴对称端壁优化设计系统.以Durham叶栅的端壁优化为例,研究不同优化目标对优化结果的影响.研究表明:在通道涡形成段减小横向压力梯度可以有效抑制通道涡强度,进而减小流动损失;在通道涡发展段减小横向压力梯度有助于降低主流区二次流损失,但端区损失明显增大;增加横向压力梯度...     

非轴对称端壁造型技术在透平中的应用和发展

非轴对称端壁的设计和应用可以有效地减少透平叶栅中的二次流损失,提高透平机械通流部分的气动性能。对非轴对称端壁造型技术的应用背景、端壁造型方法及其在透平机械中的研究现状进行了综述,详细介绍了非轴对称端壁对叶栅和透平级气动性能的影响,阐述了气动性能得以提高的机理,结合实验结果介绍了非轴对称端壁对叶栅和透平级变工况特性的影响。在透平叶栅非轴对称端壁成型研究进展的基础上,对非轴对称端壁造型技术在高负荷透平叶片研发和叶片三维造型中的应用前景进行了展望。     

低流阻系数轴流式止回阀的内部流场分析

为了设计公称直径为DN200的低流阻系数轴流式止回阀,并准确分析其压力损失和流阻特性,在其原有的结构基础上,用汇源法设计止回阀的阀芯结构,得到结构优化后的轴流式止回阀。基于FLUENT(商用计算流体力学)软件提供的标准k-ε两方程湍流模型,对结构优化后的轴流式止回阀进行三维流道数值模拟,求解出不同工况下的压力云图和速度流线图,计算出优化后的止回阀流阻系数在0.272以下,小于优化前的0.4。最后,总结出进口压力、进口速度与流阻系数之间的关系。计算结果表明:在止回阀流道结构保持不变的情况下,影响止回阀流阻系数的主要因素是进口平均速度,随着进口流速的增大,止回阀的流阻系数呈逐渐减小的趋势;在进口速度保持不变的情况下,进口压力的变化对止回阀的流阻系数影响较小。     

气固两相分支流动的流动特性研究

本文选择了两种平均粒径相近(均为2 mm),密度不同的固相颗粒(空心玻璃珠和小米)作为输送原料进行管网分流分析,通过逐渐降低来流输送空气流量,依次改变气固两相流体固气质量比、两分支管路间夹角的大小等因素,对比两种固相物料在分支管路中各自阻力特性的变化和两分支管路相互间的压差变化规律。     

流量公式中流量系数与速度系数关系的改进

在汽轮机通流部分流量的计算占有很重要的作用,而公式中流量系数是一个非常关键的参数,流量系数对流量的精确度影响很大。文中针对传统流量公式中流量系数与速度系数之间关系的不准确性,对两者之间的关系进行了修正,使流量系数和速度系数的求解更加细化,通过推导找出了一个修正系数,使二者关系得到了改进,使得流量的求解值更加精确。     

全冠与部分冠轴流涡轮流动的数值模拟

采用数值模拟方法对某1.5级轴流带冠涡轮的流场进行了研究,分析了全冠、部分冠以及改进的部分冠密封的流场及总体参数。研究结果表明,相对于全冠密封,未改进的部分冠密封降低了涡轮的效率,而改进的部分冠使效率提高到与全冠基本相等。由于叶冠容腔泄漏流周向速度与主流速度不同,导致90%以上叶展出口气流角小于主流的出口气流角,与未改部分冠相比,改进的部分冠减小了这种气流角差别和掺混损失。未改部分冠前部存在压力面向吸力面的横向流动,这种流动造成很大的损失,而改进的部分冠密封减弱了这种横向流动。     

层流床反应炉气流和温度的设计

层流炉在热解和气化动力学等领域有了大量应用,但是仍存在一定的问题,自行设计了层流炉,并引入将二次气流预热的方法,使得炉内流动满足严格层流要求。利用热电偶对炉内温度场进行了测定,结果显示层流炉内温度分布均匀,温差在接受范同内,二次气流能够使得加热段人口处温度分布更加均匀,升温速度更快,并对实验室规模层流炉的设计提出了建议。     

Correlation of the Flow Pattern and Flow Boiling Heat Transfer in Microchannels

Flow boiling in microchannels is characterized by the considerable influence of capillary forces and constraint effects on the flow pattern and heat transfer. In this article we utilize the features of gas–liquid flow patterns in rectangular microchannels under adiabatic conditions to explain the regularities of refrigerants flow boiling heat transfer. The flow-pattern maps for the upward and horizontal nitrogen–water flow in a microchannel with the size of 1500 × 720 μm were determined via dual-laser flow scanning and compared with corrected Mishima and Ishii prediction. Flow boiling heat transfer was studied for vertical and horizontal microchannel heat sink with similar channels using refrigerants R-21 and R-134a. The data on local heat transfer coefficients were obtained in the range of mass flux from 33 to 190 kg/m²-s, pressure from 1.5 to 11 bar, and heat flux from 10 to 160 kW/m². The nucleate and convective flow boiling modes were observed for both refrigerants. It was found that heat transfer deterioration occurred for annular flow when the film thickness became small to suppress nucleate boiling. The mechanism of heat transfer deterioration was discussed and a model of heat transfer deterioration was applied to predict the experimental data.     

含气率对混流泵压水室流场的影响分析

为了研究含气率对混流泵压水室内的流场影响,以某厂生产的导叶式混流泵为研究对象,应用商业CFD软件进行数值模拟分析,得到在不同份额含气率条件下压水室内部的流场特性。结果表明:混流泵压水室出口处的流速要比其他位置上的流速大,不符合压水室出口处能量转换的定律,而且随着含气率的增大混流泵压水室在径向流道方向上的压力也在不断增大,并在压水室外壁上出现局部的高压现象,这对混流泵压水室强度有一定的考验。在靠近导叶出口处的压水室内有大量的气体聚集,影响混流泵的运行稳定性。     

发动机进气测量层流流量计的研制

介绍了自行开发的用于发动机进气测量的层流流量计,该流量计基于气体在层流段流量与压差成正比的原理设计。实际应用表明,该流量计较好地解决了发动机进气流量测量中存在的进气脉动大、测量范围广等问题,具有测量精度高,量程比大,阻力小等优点,可用于发动机进气测量及性能标定。     

扇贝阻尼密封阻塞流动特性研究

为探明扇贝阻尼密封在不同阻塞状态下的静态稳定性,应用计算流体力学方法研究阻塞、非阻塞工况对扇贝阻尼密封静态刚度与气流力的影响规律。研究表明：阻塞工况下,不同错开角及中高长径比下密封气流力、静态刚度均随偏心率增加而降低,低长径比密封气流力在高偏心下较大;非阻塞工况下,不同错开角、长径比的密封气流力随偏心率增加而增大,高偏心率下静态刚度较小,非阻塞工况密封静态稳定性高于阻塞工况;由于进出口压差存在,使得扇贝阻尼密封马赫数在进出口两端增长较大,非阻塞状态进出口段马赫数变化幅度小于阻塞状态。     

来流条件对排汽缸内非轴对称流动的影响

研究了大功率汽轮机低压缸排汽在不同气流角及不同总压分布下的流场,以模型为对象进行了三维流场的数值模拟.结果表明:排汽缸入口较大的旋流角会恶化排汽缸性能,而总压沿径向变化梯度为负时则有利于改善排汽缸气动性能.基于这一结果提出了通过改变总压分布抑制由于来流方向对排汽缸性能产生的负面影响的方法.