大功率汽轮机静叶栅压力场的实验研究

对亚临界60万千万汽轮机高压第九级静叶原型和改型两套环形叶栅在零冲角、低速风洞下进行了吹风实验研究.通过对实验叶栅三维压力场测量结果的分析,本文认为,与原型叶栅相比较,改型叶栅显著减少了叶型损失、推迟并削弱了吸力面上的三维分离、明显降低了横向与径向二次流损失.     

某型低压涡轮导向器叶栅改型实验研究

实验研究了不同冲角下子午流道具有较大扩张角的某型低压涡轮导向器原型和改型叶栅的气动性能。结果表明,通过改变端壁型线扩张规律及三维叶型积迭线,改型叶片表面静压分布更加合理,叶栅的流动损失显著减小,流场结构得到明显改善,叶栅气动性能的提高表明改型是成功而且有效的。     

汽轮机静叶栅内平行通道除湿特性研究

火电汽轮机低压级组和核电汽轮机/船用核动力汽轮机全级都处于湿蒸汽区,湿蒸汽凝结流动长期以来是影响汽轮机经济性和安全性的难题.针对White叶栅,在吸力面和压力面间设计了一个连接相邻的汽流通道的平行通道,采用双流体模型对原型叶栅和改型叶栅内湿蒸汽凝结特性和气动性能进行研究.以总压损失系数、湿汽损失为评价指标,研究了平行通道开设位置对叶栅性能的影响.研究表明:吸力面开设位置(D点)越靠近叶栅尾缘,改型叶栅除湿性能越好;压力面开设位置(C点)对改型叶栅除湿性能影响不大;C点和D点越靠近叶栅尾缘,总压损失系数越大.     

动静叶栅优化改型及其性能分析

本文对动静叶栅分别进行优化改型,并对改型前后叶栅的气动性能进行数值分析。动静叶栅的优化改型基于正反问题相结合的流函数方法,性能分析一方面基于单排叶栅定常粘性流动的数值计算,另一方面基于动静叶栅相互干扰非定常粘性流动的数值计算。算例结果表明,经过优化改型后的动静叶栅的气动性能,无论在定常流动条件下还是在非定常流动条件下,相比改型前均有较大幅度的改善。     

叶片端部孔隙结构对透平叶栅气动性能影响的试验研究

减小叶片端部的二次流动能够显著减小叶栅的流动损失.本文通过分析叶栅二次流动的机理,提出了一种减小二次流损失的结构─叶片端部的孔隙结构.并通过试验验证了合理的孔隙结构能达到减小二次流损失的目的.本文分别研究了在透平叶片端部不同位置的孔隙结构对透平叶栅气动性能的影响.发现对于小尺寸的孔隙结构,其对流动控制的能力有限,尽管如此,其还是能够达到减小损失的目的.本文进行了五个攻角下的孔隙结构实验,结果表明:端部前缘孔隙结构与原始叶栅相比,不同攻角下的总压损失分别减小了2.4%、6.8%、6.8%、3.6%、2.7%.本文工作为提高透平叶栅气动性能提供了一种新思路.     

间隙大小对高负荷压气机叶栅流动特性的影响

在低速平面叶栅风洞中,对不同间隙大小条件下的高负荷压气机叶栅流动特性进行了实验研究。实验采用五孔气动探针测量了叶栅出口截面参数,得到了该截面的二次流速度矢量分布,并对叶栅下端壁和叶片表面进行了墨迹流动显示.结果表明,叶顶间隙的增加加剧了间隙泄漏流动与通道涡的相互作用和掺混,导致叶栅流道内的二次流结构和形态发生改变;增加叶顶间隙可完全抑制吸力面角区分离,但被间隙泄漏流动带走的低能流体被带到尾缘及其下游位置,加剧了相应位置的流动分离;间隙泄漏流动将引起叶栅总损失的显著下降,损失的大小并不一定与间隙大小成正比.     

不同长度端壁翼刀对跨声速压气机叶栅二次流影响的数值研究

对可控扩散叶型(CDA)环形叶栅和4种具有不同长度和流向位置的端壁翼刀叶栅内的三维黏性流场进行了数值模拟。结果表明:较长翼刀对气流横向流动的阻断作用较强,较短翼刀产生的附加损失较小;加装翼刀后叶栅中部气流流动状况显著改善,但端壁附近损失有所增加;翼刀加装在流道前部比后部更有利于降低总能量损失,占据前1/2流道的翼刀方案为本文最佳翼刀方案,使叶栅总能量损失比原型叶栅低2.2%。     

吸附式叶栅代替串联叶栅气动可行性探索

本文首先以ONERA串列叶栅为研究对象,利用数值模拟的方法对串列叶栅特性及其内部流动进行了分析,在此基础上,设计了与串列叶栅具有同等性能的单列吸附式叶栅,并在设计工况和非设计工况下对改型后的单列吸附式叶栅特性及其内部流场进行了详细分析.结果表明:在相同来流马赫数、出口条件和扩散因子的情况下,单列吸附式叶栅的性能优于串列叶栅,在高负荷压气机设计中用吸附式单列叶栅代替串列叶栅的做法是可行的.     

不同冲角下弯曲扩压叶栅出口流场的实验研究

本文在不同冲角下对直叶片、正倾斜叶片、正弯曲叶片和Ｓ型叶片组成的四种平面扩压时栅的出口流场进行了详细的实验研究。通过与常规直叶栅的对比，分析了正倾斜叶栅降低根区二次流损失的原因，阐述了正弯曲叶栅在正冲角下改善叶栅两端区流动状况，降低能量损失的机理和Ｓ型叶栅降低根区损失、总损失系数对冲角变化不敏感的原因。结果表明，扩压叶栅中采用正弯曲叶片在一定条件下是可行的。     

叶身/端壁融合扩压叶栅气动性能实验与数值研究

已有的数值研究表明叶身/端壁融合设计能有效推迟、减弱或消除压气机角区分离,但实验数据缺乏。为了弥补这一不足,本文针对一42°折转角的NACA65扩压叶栅进行了吸力面叶身/端壁融合设计,并首次在低速平面叶栅风洞中进行了对比实验,证实了叶身/端壁融合扩压叶栅性能提升能力。基于实验结果,进一步校验了RNG-KE、SST等不同湍流模型的模拟精度,并基于SST模型结果揭示了叶身/端壁融合设计的作用机理。实验结果表明:叶身/端壁融合扩压叶栅能在设计攻角及正攻角下改进叶栅性能,提高总压损失系数7%~8%。数值结果表明:融合的加入重新组织了端区流场,避免了流体在叶栅后部吸力面角区内的过度堆积而发生的强三维分离,有效缓解了原型叶栅高损失流动。     

面积律在风扇子午流道修型中的应用

利用外流设计中常采用的面积律方法,对一跨声速风扇实例的子午流道进行修型,并且对修型前、后的风扇转子进行了3D数值模拟.通过对模拟结果的对比分析,可以发现转子叶尖区域的损失明显减小,稳定工作范围被扩宽,因此按照面积律方法修型是有效果的,同时也说明了面积律方法在流道修型设计中具有应用前景.     

1+1/2对转涡轮用出口超音叶栅设计与试验

本文以1 1/2对转涡轮为背景,开展出口马赫数1.5、气流角为70°高出口马赫数涡轮叶栅设计与试验研究。研究与分析表明,尾缘厚度及尾缘附近叶表速度分布是决定上述高出口马赫数叶栅性能的关键;尾缘后约一倍叶栅出口宽度范围内,损失剧烈增加,此距离之后,总压降低趋于平缓。初步试验结果说明高出口马赫数涡轮叶栅是可行的。     

在高负荷涡轮叶栅中应用弯叶片控制流动分离的实验研究

本文选择叶型折转角为113°和160°的两种高负荷涡轮平面叶栅,分别开展了直叶栅(STR)和正/反弯曲叶栅的流场测量和流动显示研究,讨论了叶片弯曲对壁面流谱和流动损失的影响.实验结果表明:当叶型折转角为113°时,适当的正弯叶片(DHP)可以减少叶栅流动损失;当叶型折转角为160°时,适当的反弯叶片(DHN)能提高叶栅气动性能.     

端壁边界层抽吸技术在汽轮机调节级静叶栅中的应用

提出一种在调节级静叶栅叶片吸力面侧端壁处抽吸低能流体至轴封漏汽腔室,以降低静叶栅二次流损失的方法。采用三维稳态时均Ｎ－Ｓ方程组的有限容积差分法数值求解技术,对不考虑栅后漏汽工况、存在吸力面侧端壁抽吸工况及存在栅后蒸汽泄漏工况下的二次流的发展进行了模拟。计算结果表明,所提出的方法可以有效地提高静叶栅效率。     

小展弦比透平动叶栅二次流涡系演变及气动特性数值分析

采用控制容积积分法和协调一致压力修正算法数值求解三维稳态时均N-S方程组,对一小展弦比透平动叶栅在旋转状态下的二次流涡系演变和三维气动特性进行了分析。计算结果表明,该叶栅上下端壁通道涡在叶展中部交汇,在该处产生强烈的横向流动并引起叶展中部能量损失急剧增加,使损失沿叶高的分布由常见的双驼峰型变为单驼峰型,同时还使叶展中部出口气流的欠偏转角大幅度增大。     

雷诺数对涡轮叶栅流动的影响

本文利用数值模拟手段模拟了涡轮叶栅内部三维流动,分析了雷诺数对涡轮叶栅内部流动图画的影响。结果表明在低于自模化雷诺数条件下,雷诺数的降低将对涡轮叶栅吸力面边界层的发展产生严重的不利影响。雷诺数降低至一定程度,将导致吸力面出现严重的分离,端部二次流流动相应加剧,使低雷诺数情况下涡轮叶栅性能恶化,在设计中应予充分重视。     

轴流透平通用叶型设计模块开发

1前言在叶轮机械气动热力设计体系中，叶型设计是最基本而关键的一环，叶型的好坏及选用适当与否对机组性能有非常大的影响。本文的工作是我们研制的多级轴流透平通流部分气动热力设计体系中的重要组成部分，其目的是要在满足结构、工艺、强度等约束条件的同时，高效、准确地设计出具有良好气动性能的叶型。本模块采用高档微机网络和中文NT操作系统作为支撑环境，选用商业化的CAD／CAM软件作为主要开发工具，在其基础上进行二次开发[1]。2叶型设计的类型与方法根据不同的已知条件，轴流透平叶型设计工作可分为三种类型：2．1已知初始叶…     

A Novel Dehumidification Strategy to Reduce Liquid Fraction and Condensation Loss in Steam Turbines

Massive droplets can be generated to form two-phase flow in steam turbines, leading to erosion issues to the blades and reduces the reliability of the components. A condensing two-phase flow model was developed to assess the flow structure and loss considering the nonequilibrium condensation phenomenon due to the high expansion behaviour in the transonic flow in linear blade cascades. A novel dehumidification strategy was proposed by introducing turbulent disturbances on the suction side. The results show that the Wilson point of the nonequilibrium condensation process was delayed by increasing the inlet superheated level at the entrance of the blade cascade. With an increase in the inlet superheated level of 25 K, the liquid fraction and condensation loss significantly reduced by 79% and 73%, respectively. The newly designed turbine blades not only remarkably kept the liquid phase region away from the blade walls but also significantly reduced 28.1% averaged liquid fraction and 47.5% condensation loss compared to the original geometry. The results provide an insight to understand the formation and evaporation of the condensed droplets inside steam turbines.