变几何燃气涡轮损失模型的分析

根据传统的定几何燃气轮机损失模型，提出了在变几何条件下，如何进行涡轮损失计算的思路，并根据具体实例，对几种常用的损失模型作了比较，给出了一套完整的计算变几何涡轮损失的方法。     

1,5级变几何涡轮非定常流动特性研究

可转导叶由于端部间隙和转轴的存在,会产生复杂的二次流动。本文对LISA涡轮进行变几何改型,采用几何约化法对该1.5级变几何涡轮进行数值模拟,详细探究了可转导叶间隙高度对可转导叶（S1）涡系的流动细节和载荷的影响,并深入研究其非定常流动对下游叶排的干涉及二次流输运过程的影响。计算结果表明：泄漏涡（LV）、角涡（CV）和通道涡（PV）共同组成了可转导叶的涡系;可转导叶端部间隙高度影响流动损失和级效率大小,设计间隙下该变几何涡轮S1时均总压损失系数Y为10.32%,涡轮时均总总效率ηtt为82.26%;可转导叶的尾缘泄漏涡使第1级动叶（R1）流动产生强非定常性;可转导叶的尾缘泄漏涡和R1泄漏涡、壁面涡是造成第2级静叶（S2）流动非定常性的主要因素。     

变几何低压涡轮级多工况气动性能研究

为明确变几何低压涡轮级在多转角工况下气动性能变化情况,通过RANS方法并结合SST湍流模型,研究了可调导叶转角分别为-6°,-3°,0°,3°和6°条件下低压涡轮级的气动性能变化。结果表明：可调导叶旋转角度的变化会明显改变导叶叶顶及动叶通道内的流动情况,角度变大会增加涡轮级流量,并使导叶叶顶处负荷后移,上端区二次流强度增加,叶顶泄漏情况减弱,还会减小动叶进口相对气流角,使动叶压力面出现明显分离;角度变小对低压涡轮级流场的影响与之相反。当导叶转角从-6°变化到+3°时,涡轮级等熵滞止效率提升了约6.7%;当导叶转角从+3°变化到+6°时,涡轮级效率却下降了约0.19%。     

变几何涡轮对涡轮气动性能的影响研究

针对自由涡轮导向器叶片可调的多级轴流涡轮进行气动性能研究。结果表明:通过改变自由涡轮导向器叶片角度可以调节多级涡轮的流量、效率、膨胀比分配和功率分配,自由涡轮导向器叶片角度变化对涡轮流场和各级静叶损失产生明显的影响。     

变几何涡轮可调叶栅过渡态特性研究

变几何涡轮使发动机在变工况下的性能得到提升,为了更透彻地了解变几何涡轮导叶转动过程中参数的变化情况,通过数值模拟及试验方法探究可调叶栅过渡态特性。将变几何涡轮导叶进行调节,导叶调大范围为0°~6°,导叶调小范围为0°~-5°,观察过渡态参数变化规律。试验研究表明：导叶在调大及调小过程中,导叶出口质量流量、绝对气流角和绝对马赫数随转角接近线性变化,导叶出口总压损失系数和熵增接近抛物线变化;导叶从0°向-5°转动过程绝对出口马赫数减小了2.2%,总压损失系数增加了37.3%;导叶从0°向6°转动过程中,导叶出口马赫数增加了1.5%,导叶出口总压损失系数减小了15.8%;在导叶转角和二次流改变的影响下,吸力侧和压力侧来流在导叶尾缘后掺混改变,沿叶高分布的出口绝对气流角不同程度地偏离几何出口角;导叶转角调大,上部通道涡沿叶高上移,泄漏涡和通道涡相互削弱,总压损失系数减小。     

单级轴流式变几何涡轮的计算模型及结果分析

为了研究涡轮静叶变几何后对整个涡轮级性能的影响，通过建立数学模型，对单级轴流式涡轮进行了一系列的热力计算，得到了在不同压比、不同转速下，涡轮静叶转角对涡轮流量、反力度，叶栅速度损失系数和轮周效率的影响。从计算结果中可看出，静叶的传动使得涡轮机的主要参数反力度发生变化，从而影响到整个级的运行；而对于损失系数来说，静叶的转动对静叶损失系数并无太大影响，在大部分转角范围内，使得动叶损失系数升高，减小了动叶损失。     

涡轮平面叶栅变几何试验研究

通过建立变几何平面叶栅试验台,测量了平面叶栅在不同安装角下的叶片表面静压分布、出口总压分布和出口气流角.详细分析各种气动参数随叶片安装角的变化规律,并将试验测得的叶栅各种损失随转角的变化与3种损失模型的预测结果进行了比较,结果表明:在测量的转角范围内,随着安装角的增大,叶片表面扩压断明显增加,叶栅出口气流角也会随之增大,叶栅总损失不断减小.其中,叶型损失先减小后增大,端部二次流损失和叶顶间隙损失都是减小的.     

向心涡轮可调导向叶栅内流动损失机理的分析

通过对向心涡轮可调导向叶栅三维流场数值模拟,分析在不同叶片安装角下,可调叶片表面静压系数和出口总压损失系数的变化规律。导叶安装角从21°增加到44°,通流面积调节范围为50%～116%设计通流面积。结果表明:叶栅开度减小时,叶片的气动负荷增加,总压损失增加。与设计工况相比,导叶关小15°总压损失增加了1倍多。叶栅端部间隙增加了导向叶栅的流动损失,间隙增加2%,损失增加1.5%,端部损失范围从20%叶高增加到40%叶高。叶栅开度减小,端部损失与叶型损失的变化较小,而间隙损失无论是数量还是占总压损失的比重都明显增加,是非设计工况下总压损失增加的主要原因。     

舰船燃气轮机变几何动力涡轮通流特性的数值研究

基于叶轮机械三维粘性值模拟技术,本文研究了一个舰船燃气轮机四级变几何动力涡轮的通流特性及其气动性能,并分析了它的主要气流参数随可调导叶转动的变化规律。结果表明,可调导叶级的通流特性将决定整个变几何动力涡轮的气动性能。关小导叶可导致可调导叶级动叶处于较大正攻角而引起吸力面分离流动;反之,开大导叶导致相应的较大负攻角造成压力面分离流动。然而关小导叶引起的吸力面三维分离涡流场将导致变几何动力涡轮的效率更显著的下降。     

可变几何动力涡轮应用的效果

《Теплознергетика》2006年2月号报导了具有可调节导向器的动力涡轮应用效果的研究结果。     

变几何涡轮可调导叶瞬时转动气动特性研究

为探究单级变几何涡轮(VGT)在导叶转动过程中的过渡态性能,对某动力涡轮进行了非定常数值计算,应用动网格技术实现导叶转角的改变,并对导叶通道开大或关小过渡过程中涡轮性能进行了分析。结果表明：导叶转角从0°变化到-5°时,单级涡轮效率逐渐下降1.6%,从0°变化到6°时,效率逐渐提高0.5%;质量流量和导叶出口绝对气流角随转角改变接近线性变化,而动叶出口相对气流角、熵增、效率和导叶出口总压损失等随转角改变呈抛物线型变化;过渡态下导叶流场内损失变化主要受上、下端壁处间隙泄漏涡影响,动叶出口熵增变化规律主要受动叶吸力侧泄漏涡和下部通道涡影响,其中下部通道涡的改变是引起熵增变化的主要原因。     

气冷涡轮转子变叶尖间距性能试验及数值研究

为量化评估工程应用的气冷低压涡轮带冠转子叶片的叶尖间距大小对涡轮气动性能的影响,综合现有涡轮部件试验能力,以单级轴流低压涡轮性能试验件为基础,通过控制圆度的机加方式磨削转子外环内壁以实现叶尖间距的变化,采用控制冷气流量比的方法,开展5次不同叶尖间距大小的涡轮级性能试验,得到多工况下涡轮效率、换算流量和换算功率等特性参数。采用加载冷气及考虑转子叶冠结构的数值模型进行三维仿真计算,并与试验结果对比分析。研究表明：叶尖间距由0.6 mm增加至3.2 mm,低压涡轮流通能力增大1%,叶冠泄漏量增多3.4%,但做功能力下降2.3%。涡轮效率变化与叶尖间距大小近似呈线性关系,叶尖间距每增加1 mm,效率约降低0.7%,同时,叶尖间距的增加导致了叶冠腔的旋涡结构、气流掺混及主流入侵强度逐渐增大,引起动叶总压损失的增大,叶尖间距增加至3.2 mm导致叶间位置总压损失由0.88增至2.3。     

涡轮叶顶间隙内部流动的数值研究

动叶叶顶间隙流动是引起涡轮中流动损失的主要原因之一,但由于间隙尺寸较小,且流动方向与叶片转动方向相同,因此很难通过试验测量间隙内部详细的流动及压力分布。通过对"LISA"1.5级轴流涡轮设计工况进行计算,并与试验测量结果进行对比,进而研究间隙内部压力场、流场的分布情况,同时分析间隙高度变化对间隙内部流动的影响。     

Experimental Investigations of the Three—Dimensional Flow in a Large Deflection Turbine Cascade with Tip Clearance

INTRoDUCTI0NThetipleakaeflowisnowrecognizedasanimpor-tantsourceoflossesinbothcompressorsandturbines,asasourceofcoolingprobleminturbinesandasourceofinstabilityincomPressorsandfans.Manyturbo-maChinimPellersarenotshroudedandtheleakaeflowthroughthetipgaPofthebladeisanunavoidablefaCtorwhichdeterioratestheperformance.Den-tonandCumpsty[1]melltionedabouttwodistinctandequallyimportantaspects.tothetipclearanceflows.First,thereisareducti0ninthebladeforce,there-fore,theworkdone.Thisoccursbecausethe…     

变速变桨风力发电机组的优化控制

提出了大型变速变桨风力发电机组在不同控制阶段的优化控制策略。在低风速时,采用自适应转矩控制方式,实现机组的变速运行,追踪最佳风能利用系数。在额定风速以上时,为了解决传统桨距控制方式系统超调量大的问题,提出了一种新型气动转矩观测器,并将气动转矩与发电机转矩偏差输入控制器。通过Bladed外部控制器模块编程并进行仿真,结果表明,所提出的控制策略能够更好地追踪最大功率点,并改善桨距控制效果,稳定功率输出。     

Experimental Investigation of Aerodynamic Performance due to Blade Tip Clearance in a Gas Turbine Rotor Cascade

This study examines how the complex flow structure within a gas turbine rotor affects aerodynamic loss. An unshrouded linear turbine cascade was built, and velocity and pressure fields were measured using a 5-hole probe. In order to elucidate the effect of tip clearance, the overall aerodynamic loss was evaluated by varying the tip clearance and examining the total pressure field for each case. The tip clearance was varied from 0% to 4.2% of blade span and the chord length based Reynolds number was fixed at 2×10⁵. For the case without tip clearance, a wake downstream of the blade trailing edge is observed, along with hub and tip passage vortices. These flow structures result in profile loss at the center of the blade span, and passage vortex related losses towards the hub and tip. As the tip clearance increases, a tip leakage vortex is formed, and it becomes stronger and eventually alters the tip passage vortex. Because of the interference of the secondary tip leakage flow with the main flow, the streamwise velocity decreases while the total pressure loss increases significantly by tenfold in the last 30% blade span region towards the tip for the 4.2% tip clearance case. It was additionally observed that the overall aerodynamic loss increases linearly with tip clearance.     

变速风电机组仿真用数学模型研究

针对变速风电机组仿真用数学模型进行了研究。介绍了变速风电机组各种发电机的仿真数学模型以及机组运行控制策略、发电功率输出控制策略和电网负荷等建模。该模型能对风电机组设计起到指导作用。     

Flow Visualization and Topological Analysis of a Turbine Rotor Cascade with Tip Clearance

INTRoDUCTIoNRecentlysignificantattentionhasbeengiventothefinestructurewithintheflowfieldofturbomachinery.Ingeneral,thestudyofthisproblemcontainstwoas-pects.Thefirstistovisualizethesolidsurfaceflowandtopologicallyanalyzethesingularpointstoinves-tigatetheirnumbers,typesandlocationsandtheskinfrictionlinepatternsintheflowfie1dnearesttothewall.Thisaspectaimsatobtainingacertainamountofwallflowinformation.Thesecondaspect,ontheotherhand,carriesoutdetailedflowfieldmeasure-mentsandvisualizationstoac…     

Variable geometry wind turbine for performance enhancement,improved survivability and reduced cost of energy

The conceptual design and proof‐of‐concept testing of a furling vertical axis wind turbine, suited to large‐scale offshore deployment, is described. Through the implementation of variable geometry capabilities, extreme storm loads can be reduced, and unsteady flow‐related fatigue loads can be minimized thereby reducing capital (structural) and maintenance costs. Moreover, annual power generation can be optimized in real‐time to account for unsteady wind effects related to weather and siting thus improving efficiency and annual power generation. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.