叶型几何设计弱化叶片外表面换热的作用

本文采用γ-Re_θ湍流转捩模型,数值模拟了两组不同叶型的涡轮叶栅表面的表面换热系数。结果证明:1)数值计算正确地预测了转捩发生位置,保证了表面换热系数模拟的可靠性;2)由于叶片型线的差异,叶片表面流动的转捩位置也不同。控制叶片表面边界层流动状态,推迟流动转捩,能够降低叶片热负荷。在相同进、出口气流条件下,选择不同的叶栅造型参数,可以调整所产生的涡轮叶型,从而增强或弱化叶片表面的换热。     

γ-Re_θ转捩模型在内部冷却叶片中的应用

燃气轮机内部通流冷却叶片的流动传热特性对于燃机的整体效率有着重要的影响,而叶片表面的转捩流场一直是阻碍对叶片冷却性能进行精确分析的主要因素.本文采用SST湍流模型及γ-Re_θ转捩模型对MARK Ⅱ叶型进行数值模拟,通过分析叶栅通道内传热特性以考察该转捩模型的适应性,肯定了该转捩模型对于湍流边界层发生位置判断的正确性,以及对转捩发生点上游叶片表面温度变化趋势的预测的正确性.同时本文指出γ-Re_θ转捩模型与湍流模型结合时可能存在对湍动能过渡抑制的问题,有待进一步研究.     

基于湍流模型的转捩流动数值计算研究

本文通过求解雷诺平均NS方程,采用基于k-ω模型和添加控层流动能方程的三方程湍流模型计算转捩流动。相对于基于实验的转捩关系式模型,本模型对叶轮机械复杂的流动环境提供了更加真实的物理意义.ERCOFTAC T3系列实验和低压涡轮叶栅的算例表明该模型能够自动捕捉流动的转捩过程,但还需要进一步修正以能更加准确考虑各种因素对转捩的影响。     

高负荷低压涡轮边界层转捩预测及其机理分析

本文利用数值模拟方法在不同雷诺数、自由来流湍流度(FSTI)下对某高负荷低压涡轮叶型边界层转捩流动进行了数值模拟,并与实验测试结果进行了对比。结果表明:该转捩模型在不同的雷诺数和FSTI情况下均可以得到满意的数值计算结果,而仪仪利用湍流模型得不到合理的计算结果;当进口特征雷诺数较低时,叶型表面长分离泡的出现在很大范围内改变了壁面处的静压分布;随着自由来流湍流度的提高,叶型吸力面分离点的位置靠后且其对应的再附点位置靠前,即分离泡长度较短,高来流湍流度可以减小叶型吸力面的分离区域,减小叶型损失。而较低的自由流湍流度则在叶型尾缘对应着较长的分离泡,增大了流动分离再附的预测难度。     

粗糙度对压气机叶型性能影响的数值模拟方法研究

表面粗糙度对压气机叶型性能有重要的影响,但如何利用数值模拟方法还原粗糙度对叶型性能的影响规律仍是当前需要解决的问题之一。本文通过精细地设置叶栅对比实验,单独改变叶中区域特定位置粗糙度大小,从而得到了粗糙度大小对叶型性能的影响规律。以此实验数据为依据,分别通过改变湍流模型、壁面第一层网格高度、进口湍流度、等效沙砾粗糙度等参数,利用CFX数值模拟软件对粗糙度大小对叶型性能的影响展开了数值研究。结果表明,当叶表较为粗糙时,叶表边界层的发展状态对叶型性能有较大影响,所以数值模拟时应启用转捩模型而非全湍流设置。壁面第一层网格的高度应参考计算所选取的粗糙度大小。此外,在数值模拟时进口湍流度的准确获取也很重要。     

逆压梯度下层流分离泡转捩的大涡模拟

本文采用有限体积法,发展了适合复杂几何边界条件的可压缩流动大涡模拟程序,通过对槽道湍流的计算,验证了程序的可靠性。对低雷诺数、逆压梯度环境中的层流分离泡转捩现象进行了数值模拟,分析了其统计特性及大尺度相干结构的演化规律．初步的结果表明:大涡模拟可以很好地处理层流分离泡转捩问题,既能给出满意的统计平均结果,又可以通过相干结构的演化细致描述分离泡转捩的动力学过程。     

加热对自然转捩湍斑产生影响的实验研究

本文利用流动显示和高速摄像技术，在湍流度为1％的水洞中，对加热的细长旅成体鱼雷模型表面的流动转捩过程进行了实验研究。实验发现，加热对自然转捩过程中湍流斑的猝发有明显影响，加热减小了湍斑产生的频率，增加了湍斑间的展向间距，使转捩过程中层流转变为完全湍流的过渡区延长．加热对瑞斑产生的纵向位置无明显影响。本文的实验结果正好解释在较高湍流庭环境中的加热减阻机理．     

某超高负荷低压涡轮叶型气动性能分析

针对某系列Zweifel数约为1.6的超高负荷低压涡轮叶型,分别对其在定常来流条件下、上游尾迹扫掠条件下的二维流动开展了数值研究.计算结果表明,在低雷诺数、低湍流度工作环境下,叶片吸力面存在较大层流分离,且前加载叶型二维气动性能优于后加载叶型.同时,上游尾迹扫掠对超高负荷低压涡轮叶型分离流动控制作用有限,需引入新的流动控制方法.研究结果对超高负荷低压涡轮设计有较好的启示.     

基于层流动能湍流模型的数值模拟方法

从层流动能出发提出数值模拟原则;综合考虑自然、旁路和分离流转捩的因素构建实用的层流动能湍流模型,结合预处理和基本求解技术发展出适于转捩流动的数值模拟方法和程序.针对预处理技术,以Weiss-Smith矩阵为基础,考虑湍流粘性的影响;针对基本离散格式和边界条件,结合模型方程进行对角占优强化等特殊处理.最后通过平板边界层和典型翼型,特别是低雷诺数翼型的数值模拟,验证数值方法的有效性和鲁棒性.算例表明本文的方法能够为求解更复杂的流动提供参考.     

边界层转捩对风力机气动性能模拟结果的影响

本文采用CFD软件包FINETM/Turbo,选用结合AGS转捩模型的S-A湍流模型,研究边界层转捩对NORD-TANK 500/41型风力机LM19.1叶片三维流场的影响,并与采用-方程S-A和两方程k-ω(SST)模型获得的全湍流计算结果比较.在计算结果与实验数据进行对比的基础上,分析了三维粘性流场的流动细节,探讨了边界层转捩对风力机叶片气动性能和载荷预估的影响,获得了叶片转捩线随风速和沿展向的变化趋势.结果显示边界层转捩使数值计算的叶片性能和载荷增大、边界层分离推迟,为风力机叶片的优化设计提供参考.