非定常尾迹宽度对气膜冷却效果的影响

对非定常环境下动叶气膜冷却的流场进行数值模拟,研究非定常尾迹宽度对气膜冷却效果的影响。结果表明,对于动叶的气膜冷却来说,由非定常尾迹形成的低速区对冷却射流的压制作用减小,使冷却射流更多地进入主流并与其掺混,使得气膜孔下游叶片表面的冷却效果降低。当尾迹宽度增大时,叶片表面气膜冷却效果降低的程度增加。非定常尾迹对压力面上冷却效果的影响大于吸力面。压力面上在第1个冷却孔后面冷却效率降低了15％,而吸力面上的冷却效果变化不是很明显。     

动静干涉叶栅间非定常流动的数值模拟

采用k-ε紊流模型对非定常条件下动静叶栅之间的影响进行了数值模拟,研究了动静叶栅之间不同轴向间距时尾迹对动叶的影响,并对非定常流动机理进行了分析。研究表明,在非定常流动条件下静叶对下游动叶压力面没有太大影响,对动叶的影响主要集中在动叶前缘以及动叶吸力面扩压段起始处等位置,随着轴向间距的增大,气流的掺混作用减弱,尾迹的作用也逐渐衰弱,对动叶的影响就越来越小。     

攻角和端壁滑移对凹槽叶顶间隙流动传热的影响

以某燃气轮机高压涡轮动叶为研究对象,在主流雷诺数为9×104条件下,对进气攻角分别为-5°,0°,5°以及端壁有、无滑移时的凹槽叶顶旋涡结构和换热系数进行了数值模拟及实验验证。结果表明:压力系数模拟计算结果与实验数据吻合较好,说明本文数值模拟结果有效;无端壁滑移时,叶顶靠近压力面侧前缘产生的泄漏涡向吸力面和尾缘同时发展,叶顶换热系数沿叶型中弧线方向减小;端壁滑移缩小了泄漏涡尺度,泄漏流均匀地从压力面流向吸力面;叶顶换热系数沿垂直于弦长方向减小;端壁滑移虽然降低了间隙内泄漏流速度,但却使叶顶平均换热系数略有增大;端壁滑移使3种攻角的叶顶最高换热系数分别降低了7.5%,8.1%和19.2%;攻角从-5°变化到5°,端壁滑移和无滑移时的最高换热系数分别降低了14.9%和22.4%,无论端壁有无滑移,叶顶平均换热系数均降低了约11.8%。     

涡轮静叶复合角度气膜冷却效果数值研究

采用Realizable k-ε紊流模型,前缘滞止线两侧孔排采用负角度对吹式、其它孔排采用α=30°、β=45°复合角度射流孔,定义叶片表面为无滑移绝热壁面,主流温度Tm=473.15K,射流温度Tc=293.15K,对不同吹风比下叶片表面的气膜冷却效率及流线进行了分析。结果表明:随着吹风比的增加,叶片压力面侧的气膜冷却效率明显提高,叶片前缘处冷却效率略有提高,叶片吸力面侧可形成连续的气膜,气膜冷却效率较高;在滞止线两侧采用单一角度叉排对吹式孔排虽然可以提高该处气膜冷却效率,但此处射流对主流的扰动也比较强烈;复合角度射流的优势在局部主流速度较高的情况下能得到很好的体现。     

汽轮机静叶斜度对蒸汽流场及能量转换的影响

针对超临界600 MW机组汽轮机高压缸第1级配置的斜置静叶,采用Fluent软件建立了汽轮机静叶不同斜置角度(斜度)的计算模型,模拟分析了静叶在0°,30°,45°和60°4种斜度下蒸汽的流场和能量转换特性。结果表明:随着静叶斜度的增大,压力面的压力损失减小,吸力面的附面层厚度减小,进而流动损失减小;静叶斜度的存在降低了能量的转换作用;随着静叶斜度的增大,静叶出口汽流速度和出口汽流角沿叶高的分布减小,出口的平均动能呈减小趋势,这可能有助于改善汽轮机的安全性能。该结论可为同类机组汽轮机的设计提供参考。     

可控涡设计高负荷涡轮二次流旋涡结构及损失分析

采用雷诺平均Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型,对可控涡设计的1.5级高负荷亚音速试验涡轮进行三维黏性数值模拟,对叶栅内旋涡发展和损失机制进行全面研究和分析。数值研究表明,在高负荷涡轮动叶栅内,马蹄涡吸力面分支到达吸力面之后并没有消失,而是和压力面分支相交,并一起向下游发展,其位置始终处于压力面分支下侧,紧贴吸力面端部附近,并没有发生相互缠绕作用。受动叶栅通道内强横向压力梯度作用,端壁附面层从压力面侧直接被推向了吸力面侧,所形成的通道涡没有发生强烈的旋涡运动,位置始终限制在叶栅吸力面端壁附近的狭长区域内,呈片状涡结构。低能流体继续向吸力面角隅内运动和堆积,并向展向扩展,与主流发生强烈的掺混作用,损失急剧增加。因此,提高高负荷涡轮级效率的关键在于提高动叶性能。     

涡轮叶栅流场的PIV测量实例

详细介绍了PIV的工作原理、数据处理流程和使用要点。针对涡轮内部复杂的流动特性,应用具有较高空间分辨率的非接触式瞬态速度的PIV测量技术,获得了较清晰完整的沿叶高平面和叶栅出口速度场的瞬时速度场信息,并据此分析了涡轮静叶出口二次流的流动特性。叶栅实验中将模拟动叶的圆柱列每次沿周向方向移动1/4节距,测量沿叶高平面的速度场。研究发现,前排圆柱尾迹进入叶栅流道不同,对叶栅内部流场气动效率影响巨大;同时由压力面向吸力面运动的二次涡(低能流体,耗能过程)逐渐向后传递、扩张,并在吸力面卷起、堆积,使吸力面附面层骤然增厚,并引起沿叶高总压损失系数和沿叶高出口气流角的剧烈变化。     

超临界压力CO_2在倾斜光管内换热特性数值分析

对超临界压力下CO_2在内径为10mm、长度为2000mm的不同倾斜角度(a=0°、30°、45°、60°、90°)光管内向上流动传热特性进行数值模拟研究。采用超临界压力CO_2在垂直光管内向上流动传热实验数据,评估了AKN、YS、LS和AB 4种低雷诺数k-e湍流模型和SST k-w湍流模型预测超临界压力CO_2传热恶化和正常传热的能力,发现SST k-w模型可以获得较准确的计算结果。基于超临界流体在类临界点T=T_(pc)处发生类液–类气"相变"的角度,研究了圆管倾斜角度对超临界压力CO_2传热的影响,通过获取圆管内详细的温度分布、物性分布和速度分布等信息,分析了顶母线和底母线管壁温度产生差异的原因,重点讨论了倾斜圆管顶母线发生传热恶化和传热恢复的机理,确定了类气膜厚度和性质、湍动能k以及黏性底层厚度等是影响超临界CO_2传热过程中壁温分布的主要因素。     

燃气轮机透平叶栅流道内液体射流特性

为研究液体在透平叶栅流道内雾化特性,在直流道和折转角分别为30°、60°的叶栅流道内进行了液体横向射流雾化试验,试验来流速度为56~91m/s,喷嘴压差为50~400kPa,采用喷油杆结构布置在叶片前缘喷射燃料,用Fraunhofer衍射技术测量液滴雾化细度,用CCD相机记录流道内液滴射流轨迹。研究发现:透平叶栅流道内液滴轨迹同时受液气动量比、叶片折转角度的影响,在叶片前缘向吸力面侧喷和逆喷时的雾化效果优于直流道内横向侧喷。喷嘴压差大于400 kPa时,向叶片吸力面侧喷的液滴索泰尔平均直径小于30μm,雾化粒径可满足燃气轮机燃烧室的要求。     

缩放型冷却孔结构参数对燃气轮机动叶气膜冷却效果的影响研究

为了增强燃气轮机动叶的气膜冷却效果,提出一种缩放型气膜孔结构,采用数值模拟的研究方法,模拟了吹风比M?1.0、主流湍流度Tu?5%时,分别带有扩张角度??0?、??5?、??10?和??15?的4种缩放型冷却孔叶片的气膜冷却效果,并用平均气膜冷却效率和不均匀系数两个新型评价指标辅以评价叶片冷却效果。研究结果表明:缩放孔型的扩张角度由??0?增加至??10?的过程中,无论是在叶片压力面还是吸力面上,气膜冷却效率整体呈递增趋势,其纵向平均气膜冷却效率和横向平均气膜冷却效率逐渐增大,不均匀系数降低,冷却效果增强。当扩张角度增大至??15?时,相对于带有??10?孔型的叶片,其压力面和吸力面上的气膜冷却效率出现下降,纵向平均气膜冷却效率和横向平均气膜冷却效率减小,不均匀系数增大,冷却效果变差;在带有不同孔型的叶片的中后缘位置都出现了明显的高冷却区域,带有扩张角度??10?孔型的叶片在该区域的冷却优势更明显;4种孔型在叶片吸力面上气膜覆盖的整体均匀度都要比压力面高。     

第一级单个动叶安装角异常对两级轴流风机旋转失速的影响

以某电站两级动叶可调式轴流风机为研究对象,基于节流阀UDF函数和SST k-w湍流模型,对轴流风机第一级动叶轮中单个叶片异常偏转角度分别为+6°和-6°时的旋转失速现象进行数值模拟。计算结果表明:当轴流风机第一级动叶轮中存在叶片安装角异常时,会引起风机提前进入失速,动叶异常偏转角度为+6°和-6°时,轴流风机失速裕度分别为21.06%和20.93%,较叶片正常偏转时分别降低了6.73%和6.86%;第一级单个动叶安装角异常对两级轴流风机失速诱发起始位置及失速类型几乎没有影响,与动叶正常偏转时相同;第一级动叶轮内单个叶片安装角异常对两级动叶轮内由失速先兆演化为失速团的三维非定常演化过程具有重要影响。研究结果进一步丰富了对多级轴流叶轮机械旋转失速复杂流动现象的认识。     

涡轮叶片蒸汽/空气冷却特性的实验和数值研究

利用红外热像技术对某重型燃气轮机第一级涡轮动叶叶片在高温风洞中进行了涂层表面温度的测量,并对蒸汽和空气冷却形成的表面冷却效率分布进行对比。基于气热耦合数值方法对该叶片进行仿真研究,进一步详细对比叶片涂层外表面及涂层底层的冷却效率及其分布规律。结果表明:涂层表面的冷却效率分布特征在蒸汽冷却和空气冷却时基本一致;涂层的隔热效果在蒸汽冷却时更为明显;冷却介质消耗量一致时,蒸汽冷却使叶片涂层的压力面及底层表面冷却效率分别比空气冷却提升23.9和25.5个百分点,对于叶片涂层的吸力面这一对比分别提升17.3和21.7个百分点。     

具有阻尼拉金和叶顶间隙的汽轮机末级复杂三维流动特性

为获得具有阻尼拉金和叶项间隙的叶栅通道内复杂流动的详细状况,采用重整化群湍流模型(RNG k-ε)、壁面函数法、结构化网格,混合平面法建立了三维黏性流动数值模型,基于该模型分析了某汽轮机末级的流动状况.结果表明:阻尼拉金附近沿叶片展向动叶表面静压、通道内流线分布均发生了显著变化,其中吸力面受到的影响更为显著.在叶项和动叶吸力面上都发生了流动分离现象,表明该处存在分离涡和泄漏涡;同时,由于叶顶间隙的存在,动叶接近叶顶处压力面静压降低,甚至出现低于吸力面的情况,此外考虑阻尼拉金以及考虑阻尼拉金和叶顶间隙的汽轮机末级等熵效率与无阻尼拉金相比分别降低了0.39%和1.23%,表明泄漏损失在以上两种损失中占主要部分.     

轴流风机多动叶安装角非同步调节下的内流特征和运行特性

当动叶安装角不能与其他叶片同步调整时,将严重影响轴流风机的运行特性。针对OB-84型带后导叶的动叶可调轴流风机,采用Fluent模拟了相邻和相间两动叶、相邻三动叶安装角异常下的风机内流特征和运行特性。研究表明:相邻两动叶和三动叶下的径向总压在不同安装角偏离值Δβy下均高于正常值,而单动叶和相间两动叶下的全压在Δβy=18°、叶高中部处显著低于正常值。异常叶片后的尾迹低压区及其总压值受异常叶片数、叶片相位和Δβy的影响而呈现出不同的变化规律。风机全压随异常叶片数增加而提高,风机效率则减小,异常叶片数增加对效率的影响高于对全压的影响;虽然Δβy=6°和12°下的全压有所提高或基本不变,但其效率却明显下降。     

两级动叶可调式轴流风机前后级异常叶片干涉现象的研究

针对某电厂SAF 36-25-2两级动叶可调式轴流引风机,借助Fluent研究了引风机前后级动叶片发生不同角度异常偏离时,风机性能参数的变化规律及前后两级异常叶片的相互干涉关系。研究结果表明:第二级异常叶片偏离角度Δβ2=+8°时风机整体性能要优于Δβ2=-8°时风机性能;保持Δβ2不变,随着第一级异常叶片偏离角度Δβ1从-12°增加到+12°,风机整体性能呈现先增大后减小的变化趋势,且在Δβ1=-12°时风机全压和效率在全流量范围内恶化最为明显,异常叶片对风机性能影响最大,而Δβ1=+8°时异常叶片对风机性能影响最小;第一级异常叶片对第二级叶轮性能的干涉影响随异常叶片偏离程度的增大而增强。     

缩放叶栅内高速凝结流动特性的数值研究

对汽轮机缩放叶栅内高速凝结流动进行初步的数值研究。气液两相采用NS方程求解,自发凝结液相凝结过程应用多阶复合参数积分方法求解。采用密度梯度等值图作为数值纹影图,显示了激波系和尾迹涡流的分布与强度。模拟得到了过热蒸汽流动和自发凝结流动中压力、马赫数、激波系流线分布情况以及叶栅的气动参数。分析了凝结过程对流动的影响,数值结果表明:汽轮机缩放叶栅中的凝结过程会使尾缘附近吸力面的边界层分离,增加尾迹流的紊乱程度,改变了叶栅的出口气流角,使流场恶化,对通流能力和做功能力均造成影响。     

倾斜角度及加热方式对脉冲热管传热性能的影响

该文对以FC-72为工质的脉冲热管进行了实验研究,采用高速动态采集系统测量了脉冲热管的热力型脉动曲线,并获得了脉动周期,分析了加热功率及倾斜角度对脉动周期的影响.通过实验发现在倾斜角度θ=0°～10°时,脉冲热管传热性能对角度极为敏感,加热段温度随着倾斜角度的增加急剧下降;当θ=10°～15°时,加热段温度反而略有上升;当θ=15°～30°时,加热段温度又缓慢下降;而当倾斜角度θ=30°～90°时,加热段温度变化很小,倾角对传热性能几乎无影响.同时,实验还发现采用非均匀加热方式脉冲热管的传热性能要优于均匀加热方式的传热性能.     

汽轮机动叶栅内泄漏流动特性及损失分布

针对汽轮机间隙蒸汽泄漏的注入对动叶栅气动性能和损失的影响,以带有叶顶和静叶环汽封的某汽轮机高压级模型为例,分析不同汽封齿顶间隙下汽轮机动叶栅内泄漏蒸汽与主蒸汽的掺混作用、高损失区域体熵增率的变化规律和对轴功率和级效率的影响。结果表明:泄漏蒸汽的影响区域主要集中在叶片的吸力面附近,且泄漏蒸汽流经动叶通道时,其影响范围不断向叶中扩展。高损失区域沿径向集中在上、下叶端附近;沿轴向集中在动叶吸力面中部和叶片前缘处。随蒸汽泄漏量增加,高损区损失量越大,在叶片径向和轴向上的影响范围越大。在齿顶间隙增加时,由叶顶和静叶环漏汽分别导致的动叶栅高损失区的变化趋势相反。汽封齿顶间隙扩大至设计尺寸2倍,级功率下降约1.06%,级效率下降约1.49%。     

单动叶安装角异常时轴流风机的噪声特性EI北大核心CSCD

以OB-84型单级动叶可调轴流风机为研究对象,在大涡模拟基础上,引入FW-H声学模型,模拟得到了安装角异常时风机声源强度分布和不同区域的气动噪声时频特性,并与正常工况进行了比较。研究表明:该风机的主要噪声源集中在吸力面叶片的前缘及叶顶附近;当动叶安装角异常时,高强度噪声源范围扩大,声功率级和声压级均有不同程度提高,致使在异常叶片周边流道内形成高噪声带;声压脉动区间和声压幅值受动叶偏离度影响较大,且越靠近声源的区域受影响程度愈显著;动叶安装角异常增强了动叶区宽频噪声特性,分散了其他区域在低频段的离散峰值,使其向高频段转移,而位于中高频段的宽频噪声明显提高。     

加热工况及倾斜角影响单环路脉动热管稳定运行的实验研究

针对单环路脉动热管建立实验平台,实验中采用水浴加热及冷却方式作为热管运行测试的热工条件,着重考察了单环路脉动热管在不同的加热工况(不同加热温度及加热水循环流量)及不同倾斜角度下(30°,45°,60°,90°)的运行情况.主要通过传热量及运行热阻来评价热管的传热效果.实验结果表明,蒸发段加热工况在大流量(40g/s)和较高温度加热条件下会出现局部干烧现象,且随着加热温度的升高干烧现象逐步加剧,进而影响热管的稳定运行和传热效果;蒸发段在较小热水流量(4g/s)时保持稳定地运行;重力因素严重影响到单环路脉动热管稳定运行,垂直地面底部加热条件下运行效果最好.