大膨胀比局部进气涡轮叶栅流场数值模拟研究

为探究局部进气对涡轮叶栅内部流场的影响机理,本文针对某大膨胀比涡轮叶栅,采用数值模拟方法,对局部进气条件下涡轮叶栅内部流场开展了详细的研究与分析,并研究了不同的出口马赫数与来流攻角下局部进气涡轮叶栅内部流动规律和机理.结果表明:局部进气导致涡轮叶栅中马赫数分布发生变化,在涡轮叶栅进口出现高马赫数区域和弓形激波,进口气流...     

冷气掺混对涡轮叶栅气动损失影响的试验研究

对某型涡轮平面叶栅,在不同的主流雷诺数下,以多种喷射方式和不同的流量比喷射冷气,研究型面压力分布及出口气流场参数的变化。试验结果表明,冷气入射对叶片表面静压分布几乎没有影响,只对冷气孔位置附近压力产生影响,相对来说,压力面入射冷气导致的变化小于吸力面。随进口马赫数升高,在相同的冷气流量比下流动总压降低。然而,在相同的马赫数下,随着冷气流量比增大,压力面入射跟吸力面入射导致的总压变化规律不一样。     

不同前缘气膜冷气流下某涡轮叶栅流场分析

针对引入前缘气膜冷却的某高压涡轮转子叶片，运用NUMECA进行建模，对引入气膜冷却后的涡轮叶栅流场进行分析，得到了加入前缘气冷后温度、速度、总压等参数的变化。再改变前缘气膜冷气流量，得到了不同流量工况下涡轮叶栅流场的变化情况。通过计算得到结论，冷气流量增大，气膜与叶片壁面分离位置提前，整体流速更快到达最大值且沿着壁面下降更快。冷气流量减小，冷却效率降低；吹风比越大，不同冷气流下冷却效率的变化更为集中；但随着冷气流的改变，总压恢复系数没有发生本质变化。     

轮缘密封气流影响下的涡轮静叶通道流动特性研究

为探讨轮缘密封气流对高压涡轮静叶通道内流动特性的影响,采用SST湍流模型求解三维非定常雷诺方程,分析无封严腔、无封严气流以及4种封严流量下涡轮静叶通道内压力波动和气流变化。研究结果表明：封严腔出口受上游静叶压力场影响较大,燃气入侵发生在静叶尾缘附近压力面和吸力面两侧气流交汇形成的高压区;封严出流发生在静叶通道中间位置受吸力面侧扩压区影响的低压区;封严出流与主流掺混形成的新涡量结构卷吸了部分附面层流体,削弱了二次流结构的强度,同时对主流通道形成堵塞效应,推动了轮毂二次流向吸力面靠近同时径向位置的抬升;盘泵效应导致的封严出流与主流的掺混增强了非定常效应,封严流量的增大能够抑制通道内非定常效应。     

叶片正弯曲对涡轮静叶栅流场影响的试验研究

对一典型涡轮静叶型开展了叶片正弯曲对涡轮叶栅流场性能影响的试验研究。测量了直叶栅和 +10°、+2 0°、+30°弯曲叶片叶栅出口流场。结果表明 ,对该叶型叶栅 ,随着叶片正弯曲角的增加 ,通道涡一直位于叶栅端壁附近 ,其强度变化很小 ,但叶栅出口尾缘涡明显增强 ,并向叶栅中部扩展 ;同时 ,随着叶片正弯曲角的增加 ,叶栅端部总损失变化不大 ,但叶栅中部总损失迅速增加 ,导致叶栅总损失随叶片正弯曲角的增加而增大 ,直叶片叶栅总损失最小     

叶片反弯曲对涡轮静叶栅流场影响的试验研究

对一典型涡轮静叶型开展了叶片反弯曲对涡轮静叶栅流场性能影响的试验研究。测量了直叶片叶栅和-10°、-20°弯曲叶片叶栅出口流场。结果表明,对该叶型叶栅,随着叶片反弯曲角的增加,叶栅出口通道涡的强度和尺度稍有增大,但位置变化不太明显,尾缘涡有所减弱,叶栅中部和端部横向二次流均增强;随着叶片反弯曲角的增加,叶栅中部损失变化不大,而端部附近损失明显增大,使叶栅总损失增大,直叶栅总损失最小。     

叶冠齿顶间隙对涡轮气动性能的影响研究

通过数值方法对某二级带冠涡轮的流场进行研究,分析了齿顶间隙对涡轮气动性能的影响。研究结果表明:泄漏流与主流掺混后形成一个涡流区,改变了叶栅上半通道的流场结构;随着齿顶间隙的增加,涡轮的流量先快速增加后趋于平缓,涡轮的效率先快速减小后趋于平缓;同时发现不同工况下,涡轮的流量和效率的变化趋势相同。     

导叶结构参数对盘缘封严效率影响的数值研究

为揭示导叶结构参数变化对封严效率及盘腔流场影响的规律，基于周期性三维数值方法，在主流添加用户自定义标量模拟燃气入侵，研究导叶角度、导叶轴向位置和导叶稠度对盘缘封严特性的影响。结果表明：流体流经导叶后，会在尾缘分离降速，从而在尾缘下游形成一个高压区，其分布形式沿切向类似正弦分布；外部诱导燃气入侵存在2种形式，即导叶尾缘分离降速升压诱导燃气入侵和主流撞击到转盘壁面速度滞止升压诱导燃气入侵；入侵位置轴向是近转盘侧，切向是导叶尾缘压力最高值位置；在高旋转雷诺数下，主流入侵的方式为旋转诱导，改变导叶结构参数对封严效率的影响不大；在低旋转雷诺数下，随着导叶角度增加，切向压力非均匀进一步增强，封严效率降低5%;随着导叶轴向位置增加，切向压力非均匀减弱，封严效率增加28%;随着导叶稠度增加，切向的压力变化不大，但是主流的切向速度明显增加，使得封严效率增加30%。     

涡轮叶栅通道中的流动显示

在大尺寸低速叶栅传热风洞中对一种高压涡轮导向叶栅的流场进行了流动显示实验研究。分别采用线簇和小球浮动法对五个雷诺数下的叶栅端壁区三维流场、叶片表面和端壁表面的流动进行了显示。实验结果表明 :涡轮叶栅中有强烈的二次流动 ,并存在复杂的涡系 ;三维流动区约占叶栅通道的 40 % ;雷诺数的增大将增强端壁区的三维流动。流场显示图片说明 :叶片吸力面靠近端壁有角涡形成与发展 ,并存在一个三角形区域 ;流场显示的通道涡大小与流场测量结果吻合。本文的实验结果可用于分析端壁表面和叶片表面换热特性的形成机理     

低压涡轮Spoon叶片设计技术平面叶栅数值研究

为探索低压涡轮Spoon叶片设计中叶型厚度和厚度径向分布对叶栅性能影响,以低压涡轮平面叶栅为研究对象,对不同叶型最大相对厚度和厚度径向分布情况下叶栅流场和性能开展了数值模拟研究,研究结果表明:Spoon叶片设计存在叶片性能与重量最优组合,最佳叶型最大相对厚度为0.2左右;叶片增厚径向范围应不小于二次流影响区域,综合考虑叶片性能与重量因素,10%以下叶高与端区最大厚度一致,然后线性变化到20%叶高的厚度分布变化规律最佳。     

进口速度畸变对轴流风机性能影响的全周数值研究

采用全通道数值模拟方法,通过设置周向角度相同、径向位置不同的速度畸变区域,分析了畸变条件下低压轴流风机性能及流场的变化规律。计算结果表明,该方法可以清晰描述流场参数的分布情况,设置的进口速度畸变方式会使风机效率降低,静压升变大,转子进口相对气流角分布与叶型极不匹配,造成进口冲角绝对值较大,叶栅通道内的流动恶化,流动损失增加,并且风机出口的压力沿周向分布的不均匀性增强。     

导叶间隙对变几何高压涡轮气动性能的影响

对燃气轮机的流量进行调节是保证燃气轮机各工况下均具有良好性能的一项重要措施,而变几何涡轮是实现流量调节的关键技术。采用CFD数值模拟的方法,以某真实燃气轮机第一级高压涡轮作为研究对象,采用机械式调节技术,通过改变高压涡轮导叶安装角,使其喉道面积变化,从而达到控制涡轮进口流量的目的。采用全三维流场数值模拟,系统研究了导向器有无叶尖间隙时安装角变化对涡轮气动性能影响规律。研究发现,导叶打开时,流量及效率增加,反之均降低,并且发现导叶间隙对涡轮效率有较大影响。     

平面涡轮叶栅内旋涡结构的试验研究

选择3种典型的平面涡轮叶栅,叶型折转角分别为68o、113o和160o,通过对其内部流场进行详细测量和流动分析,讨论叶型折转角对出口涡量分布、气流角分布以及流动损失的影响,并获得3种典型叶栅的旋涡模型。结果表明,在平面涡轮叶栅中存在着复杂的旋涡结构,而且对于不同的叶型折转角,旋涡模型也不同:随着叶型折转角的增加,流场中通道涡的强度不断增强,其位置也不断向叶片中部移动;受其影响,尾缘涡在整个流场中的地位则随着叶型折转角的增加而逐步降低。旋涡结构的变化会引起叶栅出口的气流角、密流和损失分布的明显差别,可以通过控制旋涡结构来重新组织流场。因此,认识叶栅内旋涡结构的基本特征可以为气动优化策略的选择提供依据。     

低展弦比涡轮静叶栅叶片正弯曲作用的试验研究

对弯曲叶片研究中代表性的HIT涡轮静叶型重新开展了叶片弯曲对低展弦比涡轮静叶栅流场影响的试验研 究。测量了直叶片叶栅、+10°、+20°和+30°弯曲叶片叶栅的进、出口流场,分析了叶片弯曲对叶栅出口二次流、 总压损失和气流角的影响。结果表明:对该叶型叶栅,叶片正弯曲既不能大幅度降低叶栅二次流损失,也不能改 善叶栅出口气流角沿叶高的分布:叶栅出口二次流动、尾缘涡及壁角涡随叶片正弯曲角的增大而增强,而通道涡 强度和位置变化不大;该研究结果同以往有关文献的研究结果完全不同。     

汽轮机低压级内的气动特性研究

利用流体动力学数值计算软件CFX对汽轮机低压末三级叶栅内三维粘性蒸汽流场进行了数值计算,给出了各汽流参数在叶栅通道子午面以及沿不同叶高截面的分布规律。结果表明,在叶栅通道子午面上,汽流静压沿两个方向变化。一个是汽流压力沿轴向越来越小,另一个是汽流静压沿径向的逐渐增大;出口根部温度最低,出口边沿径向高度温度增大;随着叶高的增加,压力基本上没有变化,马赫数和速度在缓慢增加。     

对转涡轮低压转子叶片的流固耦合数值分析

采用对转涡轮设计能提高航空涡轮发动机性能,其中无导叶方案是发展趋势之一。在无导叶对转涡轮中,低压转子叶片受到较大的高压转子出口气流激励。基于ANSYS/CFX软件,采用流固耦合数值分析方法对低压涡轮转子叶片进行了分析,得到了高压涡轮转子叶片尾流作用下的低压涡轮转子叶片振动的应力和变形变化规律。叶片温度对振动应力和位移的平均值、幅值和周期的影响较大,叶片材料密度对振动周期产生明显的影响,高低压转叶轴向间距的选择应兼顾涡轮效率等因素。     

动叶片尾缘不同气膜冷却方式对涡轮气动性能的影响

计算模型选用某型燃气轮机透平的第一列动叶,通过中心差分格式对叶栅流场进行数值模拟。文中通过改变冷气喷射角度计算了多种不同的尾缘气膜冷却方案,分析了这些方案下,能量损失系数、冷却效率以及温度场的分布情况和其对透平的气动性能的影响。结果表明:在尾缘区域喷射冷气进行冷却时,冷气喷射方向与法线成80°时,由于冷气喷射方向接近主流流向,能量损失系数最低,但尾缘区域冷却效果不明显,摩擦因数较高,压力变化明显。在与法线成70°和75°喷射冷气时,能量损失系数也比较低,冷却效果比较明显,总体看来,与法线成70°喷射冷气时的气动效果和冷却效果都比较好。     

变几何涡轮平面叶栅流场数值仿真与试验研究

取某两级动力涡轮2级导叶叶中截面数据,布置为平面叶栅以验证其流场周期性。设计并加工了基于齿轮传动的变几何平面叶栅试验件,并进行变几何与固定几何的PIV试验研究,获得叶栅通道出口区域流场数据,进行对比分析。结果表明：固定几何工况下,从PIV试验得到的速度云图中可清晰地看出叶片尾缘尾迹及扩散过程,与仿真结果吻合良好;变几何工况下的PIV数据可揭示由叶片转动所引起的流场结构变化。     

肋片影响下的压气机静子叶栅流动特性研究

研究了肋片结构对带静子容腔的压气机静子叶栅的影响,采用数值模拟方法分析进气攻角及马赫数变化带来的流动性能变化。结果表明：增加肋片后,低能流体的发展变得复杂,有肋片时出口总压损失下降了4.53%,叶根处叶片载荷增大,叶根角区流场恶化得到缓解。从总体来看总压损失随攻角增大均有所增加,正攻角时叶根处流场性能严重恶化。随马赫数增加,100%轴向弦长处的总压损失逐渐增大,10%叶高处叶片载荷逐渐降低。     

一种榫头榫槽啮合间隙流动特性的试验研究

对放大3倍的"S"型榫头榫槽啮合间隙的流量系数和沿程损失系数进行了试验研究,讨论了"S"型通道出口马赫数对流量系数的影响以及沿程损失特性。榫头榫槽啮合间隙是截面为"S"型的不规则通道。通过试验可得:"S"型通道的流量系数不仅跟雷诺数有关系,而且跟通道出口马赫数也有关系。在通道出口马赫数小于0.3情况下,"S"型通道的流量系数随着雷诺数的增加而增加,然后趋于稳定;在出口马赫数大于0.3情况下,"S"型通道的流量系数随着马赫数的增加而增加;"S"型通道沿程损失系数随雷诺数的变化曲线中并不存在明显的层流到湍流的转唳点而只有一个转折点。结果对榫头榫槽啮合间隙在涡轮盘的热分析中有重要意义。