大小叶片扩压叶栅气动性能与流动结构实验研究

针对45°叶型转折角扩压叶栅及增加小叶片后组成的大小叶片叶栅,分别测量了其在设计工况及不同气流攻角下的叶栅气动性能,通过PIV实验获得了对应工况下的叶栅内部流动状态.结果表明：增加小叶片后,叶片压力面至吸力面的压力梯度明显降低,大叶片载荷降低;在设计工况下,叶栅气流落后角仍可参考霍威尔半经验公式进行计算,但偏离设计工况后,该公式存在较大误差;大小叶片叶栅的气流落后角仅在小气流攻角下明显减小,在其余工况下变化不大;不同气流攻角下小叶片对大叶片表面气流流动分离起到约束作用;在设计工况至大气流攻角工况变化过程中,叶栅扩压损失有所降低.     

叶片弯曲对扩压叶栅出口流场的影响

通过由常规直叶片、正弯曲叶片、反弯曲叶片组成的三种矩型扩压叶栅在低速风洞上的实验研究,测得了叶栅出口流场、研究了零冲角下常直叶栅、正弯曲叶栅、反弯曲叶栅对出口总压损失分布情况和二次流速度矢量的影响,讲座了叶片弯曲对扩压叶栅出口流场的改善作用。     

大转角扩压叶栅气动性能与流动结构的实验研究

设计了低速轴流风扇叶型转角45°、扩压因子超过0.6的扩压叶栅,测量了在设计工况与±10°攻角范围内的叶栅气动性能,采用PIV技术获得了对应工况下的叶栅内部流动状态。结果表明:扩压因子超过0.6时,增加叶型几何转角不能继续增加气流实际转角,气流转角反而有下降的趋势,叶栅损失明显增加。叶栅内流动的测量结果显示,在非设计工况下,大转角高扩压度叶栅后半段的流体流动与叶栅分离,造成了叶栅尾迹区域明显增大,这是导致叶栅流动损失增加的主要原因。     

槽道出口位置对高负荷扩压叶栅性能的影响

针对高负荷扩压叶栅攻角范围小、吸力面流动易分离的特点,采用在叶片上从压力面向吸力面开槽的方法控制局部流动,设计了一种收敛转折型的槽道结构,并通过数值模拟方法研究了不同开槽位置对叶栅性能的影响,计算结果表明:正攻角工况,叶片开槽处理可以有效吹除吸力面分离气流,从而增大静压升,降低总压损失,扩大稳定工作范围;对于大攻角分离情况,最佳开槽位置位于叶型中部附近。     

弯叶片对大展弦比扩压叶栅角区分离控制机理研究(一)——弯叶片对角区分离起始和发展的影响

以大展弦比扩压叶栅为研究对象,根据角区分离流动特点提出了以角区分离起始点和吸力面回流区边界作为描述角区分离的关键参数,研究了角区分离起始点和吸力面回流区边界随弯角、弯高的变化规律,揭示了弯叶片对角区分离起始和发展的影响。     

一种高负荷扩压叶栅流动控制技术的实验研究

为了研究缝隙射流控制技术改善高负荷扩压叶栅气动性能的流体动力学机理,本文针对有/无缝隙结构的高负荷扩压叶栅流动损失与内部流场参数开展实验研究,获得了叶栅流场分布数据、近壁流场显示图谱以及叶栅出口总性能参数。研究结果表明,经由叶片压力面与吸力面压差驱动的缝隙射流能够增加叶片近壁附面层低能流体的动量、动能及湍流强度,并将局部迁移或积聚的附面层低能流体及时带入主流,减小低能体在局部区域的掺混撞击与粘性摩擦作用,抑制了栅后低能流体的过度聚集,从而有效提高大折转角扩压叶栅的气动性能。缝隙射流控制技术与弯曲叶片技术的有机结合,为高效紧凑的发动机压缩系统提供了新的设计自由度。     

小叶片对大转角扩压叶栅出口流场的影响

采用五孔探针分别测量了6~26°不同攻角下,大转角高扩压度叶栅及增加小叶片后叶栅的出口流场。结果表明:大小叶片叶栅中,小叶片改善了设计工况下叶栅内部流动,抑制了大叶片吸力面及端壁角区流动损失向叶栅中部的发展;在较大与较小攻角时,叶栅流动损失明显增加;大攻角时大小叶片叶栅出口中部区域速度场得到明显改善,其余工况通流能力变化不大;大小叶片叶栅在所有工况下,出口截面上气流转角整体平均约增加3~5°,表明气动负荷有一定提升。     

平面叶栅跨音流动的数值研究

讨论用一种高效、可靠的数值方法来模拟透平叶栅的真实流动，获取大量细致的流动信息，总结出各种实用规律，为现代叶型设计提高一个快速、可靠、实用的依据。数值试验表明，提出了的一隐式矢通量二阶差分格式计算透平叶栅具有精度高、计算量小、收敛快的特点。     

弯叶片对大展弦比扩压叶栅角区分离控制机理研究(二)——弯叶片对静压场分布的影响

以大展弦比扩压叶栅为研究对象,分析了弯叶片中弯高和弯角分别对叶栅静压场分布的影响。通过对比分析展向静压场分布和型面压力分布随弯高和弯角的变化规律,并结合第一部分发现的弯叶片角区分离起始点和吸力面回流区范围随弯高和弯角的变化规律,探讨了弯叶片的角区分离流动控制机理。     

扩压叶栅中端壁附面层抽吸对流场品质调控的研究

为调控平面扩压叶栅流场品质、使测量结果满足二维性,在叶栅端壁增加附面层抽吸装置。采用试验校核的数值方法,分析了不同抽吸位置、不同抽吸流量、不同冲角时端壁附面层抽吸对平面扩压叶栅出口气流角、轴向密流比和总压损失系数等参数的影响。结果表明：在抽吸位置上,位于叶片中前部的抽吸方案对扩压叶栅流场品质的改善效果相对最好。随抽吸流量增加,流场品质进一步改善,抽吸流量为原型进口流量的3%可使冲角为0°时的轴向密流比降低至0.995,主流区出口气流角偏差小于0.1°;抽吸流量为原型进口流量的2.25%可使计算冲角范围内轴向密流比均降低至1.05以下,主流区出口气流角偏差小于0.2°。冲角在-5°,-3°和0°时端壁抽吸使50%相对叶高位置处平均总压损失降低,冲角在2°,4°时使50%相对叶高位置处平均总压损失增加,损失冲角特性更接近理想二维叶栅。     

涡轮级叶栅三维湍流流动的数值模拟

采用全三维数值模拟技术和“混合平面”方法传递级间参数,利用k-ε双方程湍流模型和SIMPI正算法,通过求解三维粘性可压缩Favre平均Navier-Stokes方程,对一个考虑顶部间隙的某型船用燃气轮机动力涡轮级叶栅三维湍流流动进行了数值模拟。计算结果与厂家提供的试验结果误差较小。文中给出了影响涡轮级叶栅出口气流角、总压、静压以及总温和静温等各参数的变化规律。     

涡轮导向叶栅内流动的数值研究

为了有效地区分各种损失对涡轮总效率的影响,准确把握涡轮叶栅流场气动性能,对某型涡轮导向叶栅内的气体流动进行了数值模拟。结果表明,对此涡轮导向叶栅的改型设计比较成功。     

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。     

曲线形叶片喷嘴叶栅的试验研究

《Теплоэнргетика》2005年11月号介绍了在具有径向叶片、镰刀形叶片和马刀形叶片的跨音速导向器叶栅内气体流动情况的叶型损失和二次流损失比较性试验研究的结果。     

吸力面抽吸位置影响大转角扩压叶栅气动性能的数值研究

本文采用经过实验校核的数值模拟方法,研究了吸气位置对大转角矩形扩压叶栅气动性能及流场结构的影响,详细对比分析了原型叶栅和三个吸气叶栅的流动情况.结果表明附面层吸除能显著降低叶型损失和尾迹掺混损失,同时还能够有效抑制角区分离,改善流场结构.     

压气机叶栅中不同安装角肋式涡流发生器的数值研究

为了研究肋式涡流发生器对压气机叶栅角区分离流动的控制效果,本文采用数值方法,对不同安装角度的涡流发生器方案进行了详细的研究。研究结果表明:肋式涡流发生器根部与顶部会产生两个流向涡,安装角不同时顶部流向涡会明显变换旋向,从而导致其与角区分离流的相互作用过程出现较大的不同。负安装角的涡流发生器对角区流动的作用优于正安装角方案,能较为明显地减小角区低能流体的堆积,但研究结果也表明,需合理选择负安装角,当涡流发生器与来流夹角较小时,涡流发生器产生的流向涡强度较低,无法与吸力面/端壁处的低能流体进行有效掺混,而当角度过大时流向涡强度迅速增强,与分离涡的作用方式发生较大变化,下端壁处损失剧增。     

叶片弯曲对跨音速涡轮叶栅流场的影响

对均匀加载叶型所构成的直叶栅及不同弯角所构成的弯叶栅流场进行了数值模拟。研究了弯叶片作用下型面压力分布、马赫数等值线及叶片表面压力分布的改变,同时考察了叶片弯曲对马蹄涡及通道涡生成位置的影响。叶片正变后有助于减少端壁处的横向压力梯度,削弱端壁二次流动;另外叶片正弯后会使马蹄涡起始分离点位置向流道中间偏移,促使通道涡提早发生。本文所选用的差分格式为具有ＴＶＤ性质的三阶精度的Ｇｏｄｕｎｏｖ格式,湍流模型为修正后的Ｂ－Ｌ代数模型。     

负攻角下叶栅损失的数值模拟与改进分析

对某200MW机组中压末级的进行了数值模拟,针对动叶片进口大负攻角,攻角损失大的情况,对动叶片进行优化设计,提高机组的效率。     

亚音速条件下Bakhtar叶栅内蒸汽流动的数值模拟

汽轮机末几级内蒸汽的凝结流动对机组效率及安全运行都会产生重大影响,但对这种双相流动的研究却比较困难,因此有必要对透平叶栅内蒸汽的凝结过程进行深入的研究。Bakhtar等通过特殊设计的实验装置,在平面叶栅上对某次末级叶栅进行了实验研究。对其实验结果进行了亚音速条件下的数值模拟研究,以期对该流动机理有深入一些的了解。