基于三维热弹性接触的汽轮机调节级叶片枞树型叶根轮缘结构的优化

在考虑高温热变形影响的前提下,对汽轮机调节级叶片枞树型叶根轮缘结构进行了优化研究．采用有限元分析软件Ansys的参数化设计语言APDL建立了枞树型叶根轮缘的参数化模型,以叶根轮缘的8个关键尺寸作为设计变量,以叶根轮缘处最大等效应力达到最小为目标函数,应用模式搜索算法进行优化控制,对叶根轮缘结构进行多变量的优化分析,获得了使叶根轮缘处最大等效应力大幅减小的枞树型叶根轮缘优化型线．结果表明：相对于原始结构,优化后,叶根和轮缘处的最大等效应力分别降低了19．84％和6．48％,提高了汽轮机运行的可靠性．     

风-光-天然气互补分布式能源系统性能分析

为了降低传统天然气分布式能源站的投资和运维成本,充分利用风、光等可再生能源,本文提出了一种由风、光、天然气以及储能设备组成新型分布式系统。为了分析系统性能,对系统进行了建模仿真,并进行实例分析,分析结果表明:新型系统的一次能源效率和?效率分别为80.86%、47.31%,与传统天然气分布式系统相比具有较好的热力性能和环境效益。参数敏感性分析表明:对新系统性能影响较大的因素为热负荷,热负荷增加1t/h,系统的一次能源效率和?效率分别提高0.17%和0.53%,其他参数影响较小。     

汽轮机叶片三维参数化特征造型研究

针对汽轮机叶片的结构特点,提出了叶片参数化建模的特征分类形式,采用CSG与B-rep共同构造了叶片的三维实体。然后利用这一技术开发了汽轮机叶片的参数化特征造型系统,其中采用Visual C 开发了良好的人机界面,并使用OpenGL图形技术进行叶片造型显示。以某汽轮机低压缸围带双倒T叶根扭叶片为例阐述了参数化特征造型的思路,并展示了该造型系统的一些功能。该三维参数化特征造型方法不仅可以应用于汽轮机叶片,也可以应用于其它一些典型结构件的参数化设计,为进一步进行有限元分析以及数控加工奠定基础。     

透平长叶片级动叶通道内水滴运动模型研究

建立了旋转坐标系下蒸汽-水滴两相运动模型，并将其应用于波纹板汽水分离器内汽水两相流动过程的模拟，同实验结果进行的对比表明，该模型能够准确地描述汽水分离过程。在此基础上，细致地研究了透平长叶片级动叶通道中蒸汽-水滴两相流动过程，获得了不同入射位置、不同粒径水滴在动叶内的运动轨迹及撞击动叶表面的位置、速度和方向，计算得出的撞击部位与实际中动叶水蚀部位吻合良好。以上分析结果为液固撞击过程以及液滴侵蚀固体表面问题的研究提供了重要的数据。     

汽轮机调节级多工况下三维流场数值研究

汽轮机调节级的部分进汽特性,不仅影响到机组的气动性能和效率,而且还对其安全性产生一定程度的影响。基于三维黏性可压缩雷诺时均Navier-Stokes(N-S)方程,采用结构化六面体网格,运用有限容积法,构造了带有进汽室和加强筋的300MW汽轮机调节级三维黏性可压缩计算模型,针对不同运行工况下调节级内部复杂流动进行了详细研究。分析发现:调节级进汽室内部流动损失较大;进汽段下游动叶通道静压分布合理,内部流动顺畅,而非进汽段动叶通道内部流动紊乱,熵增明显,部分进汽带来的损失较大;部分进汽度越小,效率降低越快,尤其是一阀进汽时,效率急剧下降。     

汽轮机叶片三维有限元模型的建立及静态与动态应力分析

为了获得汽轮机叶片更为真实详细的应力状态，建立三维实体模型并采用合适的有限元模型进行分析是非常必要的。本文给出了完成叶片三维应力分析所必须的三个步骤并提供了相应的方法：叶片三维有限元计算网格的自动生成，合适的静态与动态应力有限元分析模型的建立，有限元分析结果的后处理方法。文中最后还使用本文提供的方法分析了一个汽轮机末级长叶片和五片成组叶片的静态与动态应力，计算结果与实验数据进行了对比，表明了计算模型的精确度以及应力分析系统的工程实用性。     

大功率汽轮机高温叶片蠕变特性数值研究

近年来汽轮机朝着大功率、高参数方向快速发展,汽轮机进口蒸汽温度不断提高,导致叶片的工作环境进一步恶化.叶片作为汽轮机的核心部件,其安全性直接影响汽轮机机组的运行状况,因此研究高温条件下叶片的强度和蠕变特性非常重要.以某大功率汽轮机高温叶片为例,构造了叶片和叶轮三维有限元模型,采用商用有限元软件ANSYS分析了离心力和温度场共同作用下的叶片热弹性应力及变形;然后,应用诺顿模型分析了该叶片经历100 000 h蠕变历程的应力和应变.建立了完整的汽轮机叶片蠕变特性分析数值模型,研究工作为汽轮机叶片的静强度和蠕变特性研究提供了具体的方法,所得结论对于高温叶片设计具有指导意义.     

部分进气超临界二氧化碳透平非定常流动研究

超临界二氧化碳是微型动力循环中的重要工质,其较高的密度能够使透平机械结构紧凑。在部分进气工况下,可以通过增大向心透平叶高,在流量减小时减少其流动损失。基于1台部分进气度为0.3,功率为75kW级的超临界二氧化碳向心透平,在ANSYS-CFX中进行了详细的非定常流动特性分析。数值计算采用六面体网格、有限体积法及RNGk-ε湍流模型,在一个旋转周期内得到了不同时间步时整个流体域的流线、温度、压力以及单个叶片表面的压力分布,以说明部分进气工况的非定常流动特性,同时,计算了这一透平动叶受到的气流激振力并分析了其频率构成。研究成果能够为部分进气超临界二氧化碳透平的气动设计及强度分析提供依据。     

不同来流下薄平板流固耦合特性分析

薄平板的流固耦合特性研究在核反应堆板状燃料组件和风力透平叶片等方面具有广泛的应用背景。基于非定常流动和弹性薄平板振动理论建立了薄平板的流固耦合特性研究模型,并得到了平板的振动特性以及平板周围流场的非定常流动特性。结果表明：平板在持续稳定的来流冲击下,主要以其一阶固有频率产生振动,平板的振动属于自激振动;相同攻角条件下,流固耦合现象随流速的增加而更加剧烈。对比平板在相同来流下考虑和不考虑流固耦合的分析结果表明：不考虑耦合时作用在板上的持续平均气动力大于考虑耦合时的情况;流固耦合过程中,平板振动对涡的形成产生抑制,保持平板的附着流,延迟分离。