端弯叶片对大展弦比扩压叶栅静压场分布的影响研究

重型燃气轮机压气机的大展弦比扩压叶栅端区存在流动分离现象,通过对大展弦比扩压叶栅的端弯改型来研究端弯叶片对叶栅静压场分布的影响。通过对比分析型面静压分布和端壁静压分布随弯高和角度的变化规律,在合适的弯高及角度变化下,端弯叶片能够有效抑制静叶端区的流动分离,改善端区通流能力。     

静叶端弯对某两级轴流压气机气动性能的影响

利用数值模拟的方法,研究了静叶采用前缘增弯对某多级重型燃气轮机压气机中间两级气动性能的影响。计算结果表明,在近失速点处,原型静叶角区存在较大尺度的闭式分离泡。应用端弯叶片技术后,端壁回流区消除,角区分离尺寸减小,在保证设计点处气动性能不变的前提下,两级压气机的喘振裕度增加了12.85%,峰值效率提高了约0.67%。     

某氦气压气机三维优化设计

对某氦气压气机设计方案三维数值模拟计算结果特点进行分析,指出了三维优化改型设计方向和指导原则,通过调整叶片厚度分布、叶片尾缘型线曲率和采用端弯技术等方法,对原型氦气压气机气动设计方案进行了全三维优化设计,对比分析三维优化设计前后数值模拟计算结果,三维优化设计后压气机效率提高2个百分点,有效控制了二次流动进一步发展。     

弯掠动叶对压气机级静压系数的影响

对某多级高亚音轴流压气机的第七级原型级和弯掠动叶改型级进行了非定常数值模拟,数值研究结果表明:流动的非定常性对动叶尾缘和下游静叶前缘位置处的气动参数影响较为强烈,其中对静叶的影响要比对动叶的影响大.弯掠动叶减轻了非定常效应对动叶根部和顶部的影响,同时也减小了对下游静叶气动参数的非定常扰动.     

高负荷跨音压气机弯叶片的气动性能研究

通过商用计算流体软件对采用不同叶片弯曲形式设计的跨音压气机动叶进行了数值模拟,分析了叶片弯曲形式和弯曲角度对压气机效率的影响。详细讨论了在设计点弯设计对跨音压气机性能的影响,包括流动结构、负荷径向分布以及效率等。结果表明20°正弯设计将动叶设计点效率提高了0.42个百分点,正弯设计可以改善负荷的径向分布并抑制端壁角隅失速。     

叶片弯、扭、掠造型规律对透平级气动性能的影响

基于动、静叶的最佳匹配原则,以改型后的某高压透平首级为研究对象,对静叶分别进行弯、扭、掠改型,并通过正交优化试验得到与静叶处于最佳匹配的动叶扭转规律,采用数值模拟的方法研究了不同的造型对流场的调控机理以及对透平气动性能的影响。结果表明：静叶正弯、反扭、后掠改型并匹配优化后的扭动叶,透平级总静效率和总总效率均有所提升,静叶中后部径向压力梯度和叶片出口熵增减小,静叶、动叶出口总压损失系数也减小。     

弯掠动叶对压气机非定常性能影响的数值研究

对某多级高亚音轴流压气机的第七级原型级和弯掠动叶改型级进行了非定常数值模拟,研究非定常条件对两种压气机级总性能参数的影响,数值研究结果表明:非定常条件下,弯掠动叶级的绝热效率在每一瞬时都高于原型级,弯掠动叶级效率的非定常波动范围和幅值较原型级都有所降低,并且其非定常波动的相位发生了改变。     

正弯静叶和直叶静叶透平级气动性能的对比分析

对某汽轮机高压缸的正弯静叶级和直叶片静叶级进行了变速比的单级空气透平模拟级性能试验及数值计算,研究了级效率、反动度和流量系数等随速比的变化规律和某些级气动参数沿叶高的变化规律,并对正弯静叶级级效率提高的机理进行了分析.结果表明:正弯静叶级的级效率比直叶片静叶级提高2%以上,两者的反动度和流量系数略有差别;正弯静叶级级效率提高的原因是其静叶和动叶损失有较大下降,叶片的端部流动得到改善.     

基于内部流场分析的离心风机改型设计

本文以某型离心风机为基础,依靠数值模拟的方法,基于对风机内部流场的分析,对其进行优化改型设计。主要分为三个方面：其一,将叶轮的直叶片改型为前掠正弯叶片,控制端区低能流体堆积,抑止叶栅流道分离流动的发生;其二,根据弯掠优化得到的叶轮设计改型风机机壳,以适应弯掠叶轮的出口气动条件;并根据弯掠叶轮与改型机壳内部流动的分析,对叶轮采取根切的优化方法,保持风机全压和流量在合理的大小。得到的优化设计风机,在保持全压和流量基本与原型相等的条件下,效率提高5%以上。     

轴向掠对涡轮静叶栅气动性能的影响

选用涡轮静叶栅作为原型叶片,通过对原型叶栅改变轴向掠角和掠高,构造不同掠型的叶片,研究轴向掠对涡轮静叶栅气动性能的影响.改型计算的掠角包括前后掠10°和30°,掠高包括10%和30%叶片高度,用CFD数值仿真软件对轴向掠叶栅的气动性能进行模拟.结果表明;与原型叶片比较,静叶栅轴向前掠增大了低能流体在端壁角区的集聚,增加了端壁横向二次流,引起损失增大,而叶展中部的损失减小;静叶栅轴向后掠减小了低能流体在端壁的堆积,减小了端壁二次流,低能流体被卷入到主流区内,减小了端壁损失,而增大了主流区的损失.     

动叶正弯对压气机性能影响的数值研究

对某多级高亚音轴流压气机的第七级动叶叶片进行了正弯设计的参数研究,得到了适用于所研究压气机的弯动叶气动性能变化规律,数值研究结果表明:对于正弯叶片,弯角和弯高存在一个最佳数值.动叶正弯改善了压气机级的气动性能,提高了整级的效率和压比.     

低速环形压气机静叶栅采用弯叶片壁面分离流结构的数值分析

使用拓扑结构分析方法对某型压气机静叶栅的直叶片与弯叶片数值计算，对壁面分离流结构进行了分析研究，发现弯叶片对壁面流线拓扑结构和分离流结构影响明显。给出了直叶栅吸力面，下端壁角区流场的拓扑结构，并证明数值计算结果的奇点总数满足环形叶栅壁面（包括叶片表面和上、下端壁表面）拓扑准则。图10参4     

单级离心压气机气动性能预测与优化设计

为了提升低转速工况下压气机的气动性能,采用人工神经网络与遗传算法相结合的优化方法对某单级离心压气机离心叶轮的弯特性进行优化计算。利用NUMECA软件对该离心压气机进行了不同转速的数值模拟,得到压气机不同工况下的气动性能。通过设置不同控制参数和曲线形式对离心叶轮叶片进行参数化拟合,以8个改变叶片弯特性的参数为自由参数进行了叶型优化设计,最终得到了优化后的叶轮叶片。结果表明:优化后在低转速的设计工况下离心压气机压比增加了4.69%,稳定裕度拓宽了17.41%。     

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。     

压气机失速研究及设计方法的讨论

本文利用NREC软件对某存在严重失速问题的高速压气机进行重新设计,并通过流体分析软件Numeca进行了数值模拟验证。流动分析结果表明压气机内有较强的失速从而对于叶片的安全性构成了致命的威胁;本文通过改进叶片的弯转角变化规律和短叶片的设计,有效地避免了失速,对于改进叶轮的可靠性做出了有益的探索。     

压气机动叶CLOCKING效应对叶片可靠性影响的数值研究

采用基于谐函数(harmonic)的非定常计算方法,数值模拟了某型燃气轮机中间三级轴流压气机流场,研究第二级动叶CLOCKING效应对中间级静叶片气动负荷的影响。通过对各列叶片非定常气动力和气动力矩进行时域分析,指出不同CLOCKING位置对应的气流激振力对叶片的气动负荷造成了明显的影响。进行了中间级动叶和静叶的振动可靠性分析。计算结果表明,该压气机的3组静叶片避开共振区的程度各不相同。R2转子叶片处于不同的CLOCKING位置会引起下游S2静叶片气流激振力发生显著变化,导致S2叶片产生比较强烈的共振。     

大焓降弯扭静叶设计理念及增荷设计研究

采用叶片几何成型参数化方法,对沿叶高变负荷设计的大焓降弯扭静叶片的成型要素进行了拆分,并对拆分得到的近似直叶片和原型弯叶片流场进行了数值模拟。结果证明,大焓降弯扭静叶负荷沿叶高的变化是叶片积迭线正弯曲造成的。以此为基础,对大焓降弯扭静叶进行了增荷设计,进一步证明采用大焓降弯扭静叶设计理念,对增高叶片气动负荷和控制二次流是有效的。     

弯叶片对压气机静叶根部间隙泄漏流动的影响

研究了弯叶片对压气机静叶根部泄漏流动的影响机理.对比分析了采用弯叶片后,根部间隙泄漏涡的运动轨迹、旋涡强度的差异以及对吸力面附面层发展的影响;从根部最大负荷位置以及逆压梯度等参数的变化,分析了造成泄漏流动变化的原因;从出口截面的轴向速度分布以及出口气流角沿叶高分布的变化,分析了静叶根部采用弯叶片后对流动匹配的影响.结果表明:正弯叶片使泄漏涡强度减弱,提高了下端壁的通流能力,改善了静叶出口气动参数的均匀性,减少了能量损失,尤其是使近端壁处轴向速度增大,有利于原型压气机根部的流动匹配.     

跨音速压气机中展弦比弯掠叶片气动性能影响的分析

将一跨音速静叶栅数值计算结果与实验结果进行了比较,表明计算与实验结果吻合的较好.为了讨论跨音速压气机中弯掠叶片适用的展弦比条件,在0°攻角下,展弦比为1.25、1.50和2.00,对0～30°弯掠叶片流场进行了数值分析,结果表明,当10°弯掠角时,小展弦比弯掠叶片对叶片性能影响较为明显;而在20°弯掠角时,大展弦比弯掠叶片对叶片性能影响较为明显.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.可以证明,在跨音速条件下展弦比的大小是如何使用弯掠叶片的一个重要的参考因素.     

轴流压气机非轴对称轮毂造型对间隙流控制研究

对带静子间隙的单级轴流压气机进行了全三维数值模拟,流场分析表明静子间隙泄漏流在通道端壁区引起较大的流动分离。为控制流动损失,对静子轮毂进行了非轴对称造型,造型后的压气机总性能得到改善。流场分析表明:非轴对称端壁造型改变了壁面静压分布,改善了间隙泄漏流在通道内的流动结构,消除了通道出口处的回流损失区,使压气机总压比增加,等熵效率提高0.9%。