非对称附面层抽吸对高负荷扩压叶栅旋涡结构的影响

为了改善高负荷扩压叶栅流道内旋涡结构,达到降低流动损失,提高气动性能的目的。本文借助实验校核CFD方法,对某高负荷扩压叶片进行了非对称孔式附面层抽吸。使用Q准则作为本次旋涡判定的准则,并对原型及抽吸方案的损失和涡量场进行了分析,并对其建立了旋涡结构模型。在原型方案中,由通道涡与集中脱落涡的掺混形成的角区损失占出口损失的主要部分,采用非对称抽吸后,抽吸侧内角区损失有明显的减弱,但非抽吸侧的损失沿展向和周向迅速扩展。     

叶栅端壁附面层的预测模型研究

本文对轴流压气机叶栅端壁附面层的诸种计算方法进行了详细的研制，基于实验和理论提出一种将叶片力亏损与端壁附面层主流和横流发展相关联的新的叶片力亏损模型，该模型不仅适用于叶栅通道内的附面层计算，而且适用于考虑端部间隙漏流影响的端壁附面层计算，对三种不同叶栅的计算结果表明，采用本文的力亏损模型和端壁附面层计算方法所预测的端壁附面层发展，尤其是叶片力亏损的发展，与实验结果一致性较好，这说明本文不仅通用性强而且更具有强的实用性。     

直列单圆弧扩压叶栅内不可压流动的基本方程

本文给出了计算直列单圆弧扩压叶栅内不可压粘性流的方程。为了使方程抛物化选取了主流方向和二次流流面。文章导出了在正交曲线坐标系中的基本方程。应用这些方程可以计算扩压叶栅中不可压层流。     

叶轮机扩压叶栅流道内三维可压湍流流动的数值模拟

对叶轮机扩压叶栅流道内三维可压湍流流动进行了数值模拟,采用了一种简化模型一单圆弧直到扩压叶栅。在正交曲线坐标系中对所研究的N-S方程做了抛物化处理,略去主流方向的扩散项并用一个已知的无粘压力场使动量方程分开求解,然后修正无粘压力场,引入简化的能量方程,计算中采用κ—ε湍流模型。     

叶栅端壁附面层叶片力亏损预测模型

本文基于实验结果,提出了一种预测轴流压气机叶栅端壁附面层叶片力亏损的通用模型.该模型的理论性强、物理意义明确.它包含了目前广泛使用的现有诸种叶片力亏损模型且明显减少了模型的经验性.应用于不同轴流压气机叶栅端壁附面层流动的数值分析结果与实验结果的比较表明,本文所建立的新模型通用性更强且精度也得到了进一步的提高.     

叶片周向弯曲角度对扩压叶栅气动性能的影响

为了改善扩压叶栅气动性能,采用拟压缩性方法对不同周向弯曲角度的正弯曲叶片压气机叶栅内三维粘性流场进行了数值模拟.结果表明,随着弯曲角度的增加,端部流动状况逐渐得到改善,叶栅中部流动损失逐渐增加.正弯20°时可基本控制端部扩压因子至0.6以下.叶片弯曲角度的选择应以能满足设定目标的最小角度为最佳,过大的角度将会导致动静叶间匹配困难和较大的吸力面尾缘回流区     

变马赫数下压力面小翼对扩压叶栅气动特性的影响

为探究变来流马赫数下压力面叶尖小翼对扩压叶栅气动特性的影响,对Ma=0.5、Ma=0.6和Ma=0.7来流马赫数下的原型叶栅和加装不同宽度的压力面叶尖小翼的扩压叶栅流场特性进行了实验研究. 结果表明:在高亚声速的来流条件下,压力面叶尖小翼可以有效减小叶顶两侧压力梯度,阻碍流体流入叶顶间隙,控制叶顶泄漏流动,减小流场损失,改善流场流动状况. 随着小翼宽度的增加,改善程度增大,同时马赫数的变化与控制效果成正比. 当Ma=0.7时,与原型叶栅相比,PW2.0方案的流场改善程度最大,总压损失系数降低了6.53%.     

从扩压因子看叶片倾斜和弯曲对叶栅出口流场的改善

通过具有常规直叶片、正倾斜叶片和正弯曲叶片的三种扩压叶栅的扩压因子和出口轴向速度的分析，对比能量损失系数、叶栅壁面静压系数分布和叶片负荷的变化，讨论了正倾斜叶栅和正弯曲叶栅出口流场的改善情况，结果表明正倾斜和正弯曲叶栅根区流动情况大大改善，正弯曲叶栅气流流通能力提高，扩压因子降低且沿展向分布趋于均匀。     

预测轴流压气机叶栅端壁附面层及叶片力亏损的速度模型

本文应用三种不同的三维附层速度分布模型对轴流压气机叶栅通道端壁附面层及其叶片力亏损进行了详细的研究，考虑了叶片端部间隙漏流的影响。对三种高负荷叶栅的数值分析结果与实验结果比较表明，采用新的叶片力亏损模型后，不同的速度分布模型对叶片力亏损的预测结果影响较小；而对端壁附面层的预测结果产生较强的影响，叶栅端部无间隙叶，本文的速度模型1或3优于模型2；叶栅端部有间隙时，速度模型1最优，由此提高了端壁附面层数值预测的准确性。     

高负荷氦气压气机矩形叶栅流动分离特性

针对高负荷氦气压气机叶栅流动分离问题,以某高负荷氦气矩形叶栅为研究对象,采用SST湍流模型加γ-Reθ转捩模型进行了数值模拟。分析了不同负荷、弯角及弯高的高负荷氦气压气机矩形叶栅的流动分离结构和特性。研究结果表明,马蹄涡压力面分支是矩形叶栅角区集中脱落涡和壁角涡形成的主要原因;随着攻角和负荷的增加,叶栅吸力面的分离形式由开式分离向闭式分离转化;而采用恰当的弯高和弯角可以有效抑制流动分离,改善高负荷氦气压气机端部流动状况,减小流动损失。     

非定常尾迹对叶栅温度影响的数值研究

本文采用SST k-ω紊流模型对非定常条件下尾迹对动叶栅的影响进行了数值模拟。对动叶500 rpm,100 rpm和2000 rpm条件下的不同截面,以及2000 rpm工况下一个周期内不同时刻的温度等值线图进行分析。结果表明:动叶栅内温度随着动叶转速的增加而增加,而温度随叶片高度的变化几乎可以忽略不计,当于尾迹扫过的频率增加,尾迹带来的湍流强度,抑制了分离区的的分离,进而抑制了动叶尾迹的脱落。     

进口漏斗旋涡对有压隧洞脉动壁压的影响

通过模型试验,研究了进口形成漏斗旋涡后隧内内脉动壁压的变化情况。结果表明:进口形成漏斗旋涡会显著加强脉动壁压,但此脉动壁压将沿流程衰减。文中还分析了脉动壁压增加对空化数的影响。     

气冷涡轮叶栅流场结构的实验研究

叶片前缘逆主流喷射冷气使得吸力边或压力边附近出现明显的多射流卵型涡复合涡系。随距喷射点距离的增加,冷气射流与主流的掺混加强,涡系强度减弱,沿叶高分布变得均匀。压力梯度及通道涡对锅系的发展也有一定的影响。     

汽轮机叶栅内蒸汽流动的数值模拟研究

蒸汽汽轮机叶栅内流动属于变截面管流问题.本文利用力学知识建立了叶栅机翼理论,利用Computational Fluid Dynamics （CFD）软件对蒸汽在汽轮机叶栅内的流动进行了数值模拟研究,包括稳态流动及非稳态流动,并对叶栅内部蒸汽流动的压力和马赫数进行了动态显示,分析研究验证了与流体力学有关机翼和叶栅边界层理论知识.     

端壁相对运动对超声速膨胀器间隙流动的影响

为了揭示端壁相对运动对超声速膨胀器间隙流动影响的规律,采用数值方法研究了机匣与隔板不同相对运动速度时超声速膨胀器间隙流动特性。结果表明:泄漏流与主流和附面层的掺混损失是超声速膨胀器间隙区域流动损失的主要来源,吸力面靠近分离线右侧区域的流动损失最大,压力面附近除尾缘外流动损失均较低;机匣与隔板相对静止降低了黏性剪切力的作用,但端壁的壁面效应对间隙流动却存在影响;端壁相对运动抑制了泄漏涡的横向发展,分离线向吸力面靠近,泄漏流量增加,泄漏流、主流和端壁附面层的掺混严重,附面层内低能流体的迁移、潜流和摩擦也加剧,三维流道内总的流动损失增加,超声速膨胀器效率降低。     

基于N-S方程模拟叶栅湍流分离及尾迹流动

采用了一种求解任意坐标系下二维不可压流Ｎ－Ｓ方程的有限体积法。基于非交错网格并结合一种高阶ＴＶＤ对流新格式对叶栅湍流分离流动和尾迹流进行了详细的数值模拟。采用了两种不同的湍流双方程ｋ－ ε模型。数值结果与实验结果比较,表明了本文方法精度高,稳定性好。     

小径高比环形静叶栅流道内和栅后径向静压分布的控制

采用任意曲线座标流场矩阵线松弛迭代法,对小径高比透平级S_2流面反问题进行了气功力计算。根据计算和实验结果,讨论了控制叶栅流道内及栅后径向静压分布的某些方法。     

含叶栅和旋流器的组合分离器分离性能测试研究

利用相位多普勒粒子分析仪对包含叶栅分离元件和旋流器的新型组合分离器的分离性能进行测试研究,同时作为对比,在相同工况下对只含旋流器的分离器进行测试。结果表明,在各种工况下,现有只含旋流器的气液分离器的分离效率最高只有94．54％,而该新型组合气液分离器分离效率最高可达97．85％,该分离器分离性能达到设计要求。