超音速喷嘴叶栅造型设计及数值分析

分析了超音速喷嘴内部的流动机理并研究了超音速喷嘴的设计方法,对某液体火箭发动机用氢涡轮超音速喷嘴叶栅进行了改型设计。设计采用尖边喉部和光滑过渡喉部两种方法,其中光滑过渡喉部喷嘴型线设计采用具有局部修改能力的三次非均匀B样条曲线。对超音速喷嘴叶栅复杂内流的全三维数值模拟结果表明:改型叶栅流动性能明显改善,效率提高,光滑过渡喉部喷嘴性能优于尖边喉部喷嘴。     

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。     

超跨声涡轮叶栅尾缘激波系流动研究

本文通过分析超跨声涡轮尾缘波系的流动机理给出了详细的尾缘激波系流动图画,强调了尾缘分离激波的重要作用。经过分析,认为基底区压力是通过影响基底区宽度来影响涡轮叶栅尾缘激波强度的。最后将上述机理应用到某叶栅S1计算程序的改进工作中,数值计算和叶栅试验结果表明,改进工作有效提高了该程序对超跨声涡轮叶栅尾缘激波流动的模拟能力。     

轴向间距对涡轮激波结构及性能影响研究

采用CFD软件数值模拟了三种轴向间距下涡轮叶栅内部非定常流动,重点研究了轴向间距对涡轮激波结构及气动性能的影响。结果表明,轴向间距对涡轮气动性能尤其是叶排间激波结构产生重要影响。随着轴向间距减小,叶排间流动非定常性增强,激波强度及影响范围增加,对动叶负荷影响主要体现在动叶前端部分。     

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。     

一种涡轮叶栅内部流动控制方法

本文介绍了一种涡轮叶栅内部流动的控制方法,利用数值模拟手段对应用该方法后的涡轮叶栅内部流动进行了分析.研究结果表明;采用尾缘附近喷气的控制方法,能有效地控制涡轮叶片表面边界层分离,从而增大叶栅负荷,并降低气动损失.     

弱化激波涡轮叶栅研究

激波问题严重影响超/跨音涡轮气动性能、冷却特性和结构完整性,因而,弱化激波设计是高负荷涡轮研究的热点之一。针对这一问题,本文以两个典型超/跨音涡轮叶栅为例,以伴随方法寻优为手段,给定流量和出口气流角约束,在不同工况点下进行优化,并对比研究变工况特性、流动特征和造型参数,探索弱化激波涡轮叶栅设计技术及规律。     

前置导叶对后加载叶栅气动性能的影响

详细测量了平行进口端壁附面层与设置导向叶栅两种进口条件下后加载涡轮叶栅的气动参数。测量结果表明, 导向叶栅的设置加强了实验叶栅内的横向流动,这就造成了“C”型压力分布(弯叶片)和具有正径向压力梯度的压力分布(直叶片)产生的位置较无导叶时提前了。     

间隙尺寸对叶栅气动特性影响的实验研究

本文在低速风洞上对叶顶间隙尺寸为0.036 m的常规直叶栅的间隙中分面和上、下游及栅内的气动参数进行了详细的测量,并与黄洪雁博士对相同叶栅测量的0.023 m间隙尺寸下的实验数据进行了比较。通过对实验结果的分析和讨论,认为叶顶间隙的存在将在涡轮叶栅内引起沿叶高指向上端壁的二次流动,从而改善了下半叶展的流动性能,恶化了上半叶展的流动状态。在较大间隙下泄漏流动更加趋近上端壁,增强了壁面剪切效应,从而使得较大间隙的总压损失大于较小间隙。     

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。     

涡轮叶栅流动分离涡模拟验证研究

本文采用DDES模型分析透平叶栅内部亚音速和跨音速流动。DDES模型能有效且较精确地计算亚音速流动,但计算跨音速流动时,出现修正函数f_d"保护"边界层功能失效的问题,极大地降低了计算精度;人为设定RANS和LES计算域,保证边界层完全被RANS计算域覆盖,计算结果得到很大改善。     

两种TVD格式在跨音透平叶栅流场计算中的应用

两种ＴＶＤ格式在跨音透平叶栅流场计算中的应用黄伟光，刘建军（中国科学院工程热物理研究所北京１０００８０）关键词跨音速透平，Ｅｕｌｅｒ方程，ＴＶＤ格式１引言现代高负荷透平大都工作在跨音范围，研究发展能准确预测跨音速透平叶栅内部流场的激波位置与强度以及叶...     

叶轮机械动静叶片排非定常气动干涉的数值模拟

本文采用一种分区算法求解二维Navier-Stokes方程,对叶轮机械多级叶片排内的非定常流场干涉进行数值模拟。在探讨分区计算对于复杂通道内流场和动静叶列非定常干涉作用数值计算的必要性和重要性之后,针对某蒸汽轮机跨音速叶片组进行了数值分析,得到了典型的动静叶间非定常干涉流动图谱、作用于叶片的非定常气动力及其频谱特征。计算结果表明。本文提出的计算方法是合理有效的,为今后进行大规模动静叶非定常气动计算和基于非定常数值模拟的工程设计提供了可靠的依据和有用的工具。     

三维跨音速压气机叶栅多目标气动优化设计

提出了一种多目标差分进化算法(MDE),典型函数试验结果表明该算法具有优秀的多日标寻优能力,满足多目标气动优化设计的要求.耦合并行多目标差分进化算法、三次B样条曲面造型方法和CFD求解技术,提出了新的轴流式叶轮机械叶栅三维多目标气动优化设计方法.选择等熵效率和总压比为目标函数,完成了NASA Rotor37转子叶栅的多目标气动优化设计.优化后叶栅的气动性能明显提高,表明该方法具有良好的优化性能和应用前景.     

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.     

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.     

透平级非设计工况气动性能的数值模拟

采用新型 ＬＵ隐式格式和改良型高阶 ＭＵＳＣＬ ＴＶＤ格式求解全三维雷诺平均的 Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和 ｑ－ｗ低雷诺数双方程湍流模型,对一台ＮＡＳＡ跨音单级透平在不同工况下的内部流场进行了详细的数值模拟,并与可能得到的实验结果进行了对比。总结了小流量工况下动叶内部流动的分离模式。     

跨声流函数方程的多层网格-强隐式解法

本文是文献[1]工作的继续,是研究在多层网格上采用强隐式过程(即Strogly Implicit Procedure)求解跨声速流函数方程的问题。使用多层网格技术,可消除不同频率或波长的误差分量,有助于残差下降;在每层求解中采用强隐式解法将五对角系数矩阵变为七对角阵以便快速因式分解获取流函数场。文中以四层网格为例,详细研究了在每层求解流函数方程时采用强隐式解和在任意两层间使用FAS法(即Full APProximation Storage)时层间转换等一些重要技术细节,计算了一组典型跨声速双圆弧平面叶栅,所得结果与实验较吻合,并且残差收敛速度要比单层网格快得多,表明多层网格法十分有效。     

固体粒子通过叶尾激波的运动特性

含尘叶轮机械如烟气轮机。高炉余气透平已得到广泛的使用。其内部是含有固体粒子的气固两相流动,又是有激波的跨音流动。叶片近尾缘区内的固粒运动受到激波的作用,使用常规的理论方法来预测气固两相流的流场会产生误差。本文通过粒子的受力分析建立了固体粒子通过激波时的运动模型。通过数值模拟可以明显的见到固体粒子受到激波的作用,粒子在激波后运动有明显的折转。获得了粒子通过激波的运动特性。     

基于离散伴随方法的透平叶栅气动优化设计

本文研究并给出了基于离散伴随理论和自动微分技术构建离散伴随系统的方法、伴随系统的求解策略以及基于离散伴随方法的透平叶栅气动优化设计流程,建立了相应的优化设计系统。利用该优化系统在无黏环境下,以叶栅通道进出口的熵增率为目标函数、以叶栅通道内的质量流量为约束,对某二维跨音速透平叶栅进行了气动优化设计。与优化前相比,优化后透平叶栅进出口熵增率减少8.82%,质量流量变化幅度小于0.003%。优化结果表明,本文提出的优化系统能够有效改善透平叶栅的气动优化性能,验证了本文提出的基于离散伴随方法的透平叶栅气动优化设计方法的正确性与有效性。