高负荷叶栅中康达喷气控制方法的设计及分析

本文采用数值模拟的方法研究了康达喷气对高负荷压气机叶型吸力面分离的抑制效果和作用机理,通过试验设计方法主要分析了康达喷气叶型的三个关键几何参数与喷气量对叶栅总压损失系数、静压升系数的影响。利用基于试验设计方法得到的相关性因子构建回归模型,并对康达喷气叶型的设计方案进行了寻优。最优设计方案在采用与主流流量比为0.01的喷气量时,总压损失系数最低,相比参考叶型减小18.4%;在采用流量比为0.015的喷气量时,静压升系数最高,相比参考叶型增加8.8%。流场分析表明,康达喷气的影响因子通过改变叶型厚度、开缝位置及附面层流体动量来影响其对流场的改善效果。     

基于Pareto类遗传算法的平面叶栅多工况优化

将叶型参数化、试验设计方法、神经网络算法与Pareto类遗传算法相结合,发展了一种平面叶栅多目标优化设计方法.在该算法中,为提高优化效率,提出了并行神经网络算法和改进了NSGA-Ⅱ算法.以极小化三个工况点的总压损失系数为目标函数,将该优化方法应用于某平面叶栅多工况优化设计.与初始叶栅相比,优化后叶栅的总压损失系数在三个工况均有一定的减小,说明该优化方法是有效的.     

超音平面叶栅激波损失模型的研究

对超音叶栅极限特征线以前流场特征的分析表明,外伸波系导致的总压损失主要受无量纲前缘半径(R_(le))和来流马赫数(Ma_(∞))影响。通过对理论解的简化,本文建立了计算外伸波系引起的总压损失的经验关系式。相比以前的损失模型,该关系式在0.0074R_(le)0.0148,1.1Maa_(∞)2.1时具有更高的精度。针对超音叶栅由未启动状态向启动状态转变的过渡状态,在分析前缘内伸波的激波形态时,本文认为采用内伸波波阵面和流道内流线始终垂直的处理方式更加符合内伸波波后亚音的流动特征,并依此建立了过渡状态下内伸波损失计算模型。通过和已有模型估算结果以及实验结果的对比可知,在过渡状态下,采用本文提出的内伸波损失模型,能够准确计算超音叶栅的前缘内伸激波损失。     

高亚音速二元叶栅损失的理论分析和实验研究

本文主要目的,是采用可压流紊流附面层理论,利用附面层理论中的一些附面层特性参数,如动量厚度、形状因子和能量因子以及其他组合参数等;采用栅后尾迹中附面层简单幂方气体速度分布;并在过去叶栅损失理论研究的基础上,推导出亚音速、跨音速二元叶栅总压损失简化了的计算方程。用它可以计算亚音速、跨音速压气机叶栅在设计工作情况和非设计工作情况下的二元叶栅总压损失。文中还提出了压气机叶栅在高亚音速、跨音速工作条件下,修正气体压缩性影响的新的图线方法。 按照所推导出来的叶栅损失计算公式,对给定叶型叶栅在不同工作情况下,进行了叶栅损失计算。另外,对给定叶型叶栅进行了吹风实验,测量出不同情况下的叶栅损失,两种数据进行了比较,得到较好的一致。     

变马赫数涡轮平面叶栅流场的实验研究

本文研究分析了三套涡轮平面叶栅设计攻角下变出口等熵马赫数时的气动性能,给出了三套涡轮叶栅设计攻角下的临界马赫数;阐述了叶栅出口总压恢复系数、能量损失系数、负荷系数及进口马赫数随出口等熵马赫数的变化规律;分析了叶片表面和叶栅端壁静压系数及等熵马赫数的分布情况。结果表明,三套叶栅所采用的叶型具有后部加载特性,具有较好的气动性能;叶栅出口能量损失系数随出口等熵马赫数的变化呈现出先减小后增大的变化规律。     

变稠度条件下仿生学前缘结状突起对压气机叶栅性能的影响

本文以某压气机平面叶栅为研究对象,采用数值计算的方法,在不同稠度条件下,分别研究仿生学前缘结状突起在零攻角和正攻角时对叶栅性能的影响。结果表明,零攻角工况时,各稠度条件下的仿生学叶栅总压损失系数都有一定的增大,性能恶化;8°正攻角工况时,波长等于9.6%c的前缘结状突起在各稠度条件下都能有效降低总压损失系数,改善叶栅性能,在设计稠度下(S=2)效果最显著,损失系数降低了约18.8%;仿生学前缘的作用机理:结状突起诱导产生的成对流向涡与通道中的分离流动相互作用,包括涡系结构之间的抵消作用和动量的输运,从而延缓分离,提高叶栅性能。     

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.     

超临界高压动叶栅壁面静压分布的试验研究

在低速风洞上对某型超临界汽轮机高压级动叶栅进行了静态试验.详细测量总压损失由栅前至栅后的发生与发展以及静压系数在不同叶高沿叶型的分布.试验结果表明,具有后部加载叶型的正弯动叶片栅气动特性优良,叶型损失与二次流损失较小,出口气动参数沿叶高分布均匀,并且具有良好的冲角适应性.     

轴流压气机跨音速双圆弧(DCA)叶型的研究——叶型设计计算

一、前言 跨音速气流在压气机叶栅中的流动,是高度三元性的和非常复杂的,现在虽然具有高速大容量电子计算机的应用条件,但对于解决实际的、三元的、可压缩流的叶栅中流动问题,仍然是困难的。现代轴流压气机高速叶型的设计,例如跨音速双圆弧(DCA)叶型的设计计算,完全可以按照行之有效的半经验方法,即理论与实际相结合的方法,找出这种跨音速叶型在给定工作条件下的各种主要性能参数和几何参数之间的关联,然后引入该叶型叶栅所积累的各种有效数据,从而求得这种叶型叶栅主要性能参数和几何参数之间的最佳组合,便有可能设计出叶栅中较小的总压损失和较高的叶栅效率。     

对转冲压压气机冲压叶栅实验研究

本论文利用激波管风洞对内压式冲压叶栅进行了吹风实验.试验叶片的压力分布由在试验件表面的高频压力传感器测得,通道激波则由压敏纸显示.在试验当中,当来流马赫数为2.0左右时,内压式冲压叶栅的静压升达到了4.7左右,其总压恢复系数也达到了0.8左右的预期值.试验结果验证了内压式冲压叶栅工作原理,同时也证明了内压式冲压叶栅的二维叶型设计方法的有效性,为对转冲压压气机的进一步深入研究奠定了一定的基础.     

前缘加微小平板对压气机叶栅气动性能的影响

随着叶轮机械技术的发展,抑制叶栅内流动分离的研究已成为叶轮机械气体动力学的一个重要方向。本文在叶栅翼型NACA 64-A905前缘附近加装微小平板来抑制叶栅流动分离,在不同进口马赫数条件下研究了微小平板长度及安装位置对压气机叶栅气动性能的影响。结果表明:叶栅气动性能对微小平板长度和位置变化十分敏感,在叶栅翼型前缘点吸力面正上方合适位置处加装长度为3%～6%弦长的小平板后,可以有效抑制流动分离,失速工况下叶栅气动性能得到显著提高,总压损失系数最大可降低43.5%;当Ma大于0.6时,流动控制效果减弱,叶栅总压损失系数增大。     

纳秒脉冲等离子体激励控制低雷诺数压气机叶栅激波/附面层干扰探索研究

为了揭示等离子体激励调控低雷诺数压气机叶栅激波/附面层干扰的机理,本文选取典型超音速压气机预压缩叶型,利用大涡模拟研究了纳秒脉冲等离子体激励对低雷诺数下超音速压气机叶型附面层流动的调控作用。首先对低雷诺数工况下超音速压气机叶型流动特性和叶栅通道激波系结构进行了研究,以此设计了两种等离子体激励布局。研究发现,位于叶片吸力面和压力面附面层分离点前的等离子体激励均可通过诱导产生畸变团,触发分离剪切层的K-H不稳定并进一步形成展向大涡结构,促进主流与分离区低能流体之间的掺混从而抑制流动分离。同时叶栅通道激波系结构发生改变,分离区形态与通道激波位置相互关联耦合,附面层黏性损失和激波损失占比变化不尽相同。     

鼓包前缘叶片在环形叶栅中应用的探索

鼓包前缘叶片具有特殊型式的前缘。本文对所选的初始叶型进行鼓包前缘造型,采用三维CFD数值模拟方法,探究鼓包前缘叶片对环形叶栅气动性能的影响,并初步探寻鼓包前缘叶片对流场的影响机理及规律。计算结果表明:在大攻角的情况下,鼓包前缘叶片可以明显改善环形叶栅的流场结构,减小叶栅分离区范围,可使总压损失系数减小约15%。环形叶栅势流区近S1流面的叶栅损失减小约35%。说明鼓包前缘叶片可以显著提高环形叶栅的气动性能。     

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.     

一种典型透平静叶型叶片正弯曲作用的实验研究

本文报告了一种典型透平静叶型叶片正弯曲作用的实验研究结果。通过采用微型５孔探针测量了常规直叶栅和端部周向倾斜角分别为１０°、 ２０°、 ３０°的正弯曲叶片叶栅的出口流场。定量分析了叶片正弯曲对叶栅出口二次流动能系数及其分布的影响,采用两种损失计算方法探讨了叶片正弯曲对叶栅出口二次流损失的影响,并讨论了不同弯曲角下的叶栅出口气流角变化。     

超高负荷涡轮叶栅内的旋涡结构分析

通过对叶型转折角为160°的超高负荷平面涡轮叶栅内部的流场细节进行数值模拟,将数值模拟结果与流场流线拓扑分析理论相结合,对叶栅内的复杂旋涡结构进行定性分析,详述超高负荷平面涡轮叶栅内马蹄涡、通道涡、壁角涡、尾缘涡和端壁二次涡等涡系的产生、发展和演化过程,以及它们之间的相互作用关系;在此基础上,通过总压损失系数分布和出口截面涡量分布给出定量分析。     

基于流动损失权重分配的扩压叶栅弯叶片优化探究

本文采用经过实验校核过的数值模拟方法研究了CDA叶型的矩形扩压叶栅旋涡结构与流动损失之间的权重关系,并以此为指导进行叶片周向弯曲优化设计,改善叶栅气动性能.结果表明:原始叶栅中集中脱落涡所影响区域的总压损失权重占总损失的60%,并通过对该旋涡结构所对应的分离区域的拓扑分析确定了叶片周向弯曲的弯高、积叠线控制点和弯角数值.叶片周向弯曲的作用将该分离区从角区闭式分离转变为开式分离,同时降低叶片根部负荷,改变横向和径向压力梯度分布.优化叶栅降低了集中脱落涡所占的总压损失权重41.3%,最终降低了出口截面质量流量平均的总压损失系数2.55%。基于旋涡结构的流动损失分配权重分析方法有效地提升了叶栅气动性能,大大地缩短了叶栅流场优化设计周期,据有可观的工程应用前景。     

动叶具有缩放型流道的涡轮级效率特性分析

针对一动叶采用缩放式叶型设计、以无导叶对转涡轮为应用背景的涡轮级,通过数值模拟进行研究发现,在设计换算转速下,该涡轮级效率特性呈现"双峰僧'的特点。随着落压比增大,首先动叶进气攻角由负变为零,效率升高并达到极大值;其后,动叶流道内形成正激波,其自身产生波阻并在吸力面引起边界层分离,效率下降;随后,该激波向下游移至叶片尾缘,尾迹损失明显增加,加上波阻、边界层分离的综合作用,效率达到极小值;然后,该激波演变为尾缘斜激波,自身波阻减小,而且它在吸力面引起的边界层分离消失,流道内总体损失下降,效率又会上升并在设计点附近达到极大值;其后,该激波波前马赫数不断增大,波阻损失随之增加,同时尾迹损失也持续增加,效率又会下降。结果显示,高负荷跨音工况下激波与边界层干扰引起的边界层分离损失以及动叶高出口马赫数时尾缘区域的损失(包括波阻损失和尾迹损失)占总体损失的至少1/2以上,在设计优化过程中应重点关注与之相关的动叶吸力面扩张段和叶片尾缘区域。     

平面叶栅叶型的优化设计

本文根据二维不可压紊流附面层理论推导得到平面叶栅叶背优化速度分布的一般表达式,提出按给定的进出口气流条件估算叶背环量的方法,从而具体地确定了叶背的优化速度分布。最后作了一个具体算例,即根据叶背优化速度分布,用中心流线法求解无粘流反问题,得出大致满足各方面要求的压气机叶型,并用S_1流面正问题计算机程序对叶片表面速度分布进行了校验。计算表明:这种叶型的总压损失系数比之于为满足同样进出口气流条件而按常规方法选配的NACA-65系列叶型来说要小。     

平面叶栅优化设计计算

基于文[1]本文以叶栅损失系数ξ作为目标函数,采用两级递阶控制计算模型,寻找在最优控制变量作用下的最优流速分布及最优动量损失厚度θ。结合变分有限元计算方法和最优化方法,对叶型几何参数进行协调寻优。论证了利用大系统理论建立适合平面叶栅气动设计计算优化方法的可行性,旨在为气动设计提供一种新的优化方法。