冷气条件对涡轮转子凹槽叶尖泄漏控制的影响

通过数值模拟方法对涡轮转子凹槽叶尖泄漏流动进行研究,分析了冷气条件下凹槽腔内流动结构,研究了气冷凹槽叶尖控制泄漏损失机制,并探讨了凹槽叶尖泄漏损失对凹槽深度、间隙高度和肋条宽度的敏感度。结果表明在有冷气条件下,凹槽叶尖主要通过刮削涡降低控制叶尖泄漏损失;冷却射流在凹槽腔内形成的肾型对涡结构与腔内流动相互作用,减弱了刮削涡对泄漏流的控制作用,并降低了凹槽叶尖泄漏损失对凹槽深度的敏感度。     

扩压叶栅叶顶间隙流动结构研究

本文对某扩压叶栅叶顶间隙流动结构进行了研究,通过三维数值仿真,对叶顶间隙流场中的旋涡结构构成、空间分布及相互作用关系进行了分析.研究采用Q判据识别流场中的涡,发现叶顶间隙气流的泄漏流动形成了叶尖分离涡、二次涡以及泄漏涡等旋涡结构,其空间位置及空间尺度具有明显差别。叶尖分离涡的堵塞作用对泄漏涡的强度、空间位置造成影响;在叶顶泄漏流动与泄漏涡的共同作用下形成了叶尖二次涡。涡系间存在的相互作用共同构成了叶顶间隙流场框架。     

无导叶对转涡轮高压动叶叶尖开槽的研究

对一无导叶对转涡轮高压动叶叶尖经开槽后的叶顶间隙流场进行了研究, CFD预测结果表明叶尖开槽后对转涡轮间隙泄漏损失的降低幅度超过了10%.对数值结果的分析表明,叶尖开槽后叶顶间隙通道内的粘性阻力增加,致使间隙流场结构发生变化,并引起了泄漏涡强减弱和泄漏流量下降;另外间隙泄漏流通过凹槽侧壁对叶片具有额外的做功能力.在本文的研究条件下,高压动叶叶尖开槽使得对转涡轮整级性能得到明显改善.     

间隙高度对涡轮叶顶间隙流动的影响

叶顶间隙流动是导致涡轮动叶中产生流动损失的主要原因之一.对某动力涡轮第一级内三维流动的数值计算结果表明,流体在经过动叶叶顶间隙以后在约25%叶顶轴向弦长处(τ=3mm)在叶顶与吸力边夹角处卷起形成间隙涡,造成流动阻塞,同时在间隙内叶片顶部10%叶顶轴向弦长处(τ=3mm)开始在压力边出现叶顶分离涡,使得间隙流动损失增加.随着间隙高度增大,通过间隙的流量增加,间隙涡形成位置后移,间隙涡、叶顶分离涡尺寸变大,在流道内影响范围增大,导致流动损失变大.     

基于Kriging代理模型的DBD等离子体控制叶顶泄漏流动研究

本文采用数值方法研究了布置于涡轮动叶叶顶的多个等离子体激励器组合对间隙泄漏流动的影响。结果表明:不同的极板数目和位置组合对间隙泄漏流量有着十分明显的影响。在叶顶沿吸力边布置等离子体激励器的最佳位置在大约55%S/Sps处,布置相同数目的等离子体激励器,在靠近尾缘处的控制效果要远好于在前缘附近的控制效果;等离子体激励器在叶顶靠近吸力边处产生诱导涡,阻碍了间隙内流体的流动,使泄漏流体的速度降低。同时还会使得分离泡的破碎提前,有利于减小掺混损失;对泄漏流动的控制效果不会随着等离子体极板数增加而持续增强,而存在一定限度,最优布置方式的泄漏流量较原型下降约46%,相应的出口截面能量损失下降了15.7%。     

带冠喷气涡轮叶栅气动性能研究

多种控制技术耦合应用是涡轮叶栅间隙泄漏流动研究的趋势之一。结合围带与喷气两种控制方法,本文通过实验与数值模拟研究了喷气对带冠涡轮叶栅气动性能的影响机理,探讨了测量截面上的损失分布以及叶栅通道内涡系的演变规律。研究发现,与带冠无喷气叶栅相比,喷气改变了泄漏流体的流动方向,使泄漏涡尺寸有所增加。但喷气改善了叶顶附近总压分布,因而0.3%主流流量喷气使叶栅气动性有所提高。喷气可以降低间隙入口流量,且由于喷气量小于减小的间隙入口主流流量,因而带冠叶栅中,喷气使间隙出口流流量减小。     

跨音速轴流风扇转子叶顶泄漏流的数值研究

采用数值模拟方法研究了不同间隙,不同流量工况下叶顶泄漏流非定常流动特征,发现在研究的三个间隙中,只有当间隙大于或等于设计间隙时,流动才会出现非定常性.随着流量的减小,泄漏涡轨迹前移,当泄漏涡轨迹到达相邻叶片压力面时,影响压力面压力分布,打破流场静态平衡,引起叶顶流场及激波位置、强度发生非定常波动.     

开式向心涡轮背部间隙流动特性的研究

对开式向心涡轮背部间隙流动特性进行计算分析,计算结果和实验符合较好。分析结果表明:背部间隙泄漏流量远小于叶顶间隙泄漏流量,但两者损失大小相当,可见背部间隙与叶顶间隙虽然在形式上相似,但流动特性及损失机理有所不同;背部机匣刮削效应增强了展向二次流强度,在吸力面附近出现较大的高熵区,同时背部间隙泄漏流在展向二次流的带动下源源不断向叶顶方向运动,与主流形成较强的掺混;相比之下,叶顶机匣刮削流和展向二次流相互抵消,叶顶间隙泄漏流被展向二次流限制在叶顶壁角附近,掺混损失相对较小。     

基于DDES模拟的叶顶间隙流湍流特性研究

叶顶间隙泄漏流使得叶片顶部流动变得复杂,对间隙泄漏流的流动结构进行精细地捕捉并探讨其湍流特性有利于更深入的了解间隙泄漏流的流动机理,为控制泄漏损失提供依据。本文利用延迟脱体涡模拟方法对叶顶间隙泄漏流动进行非定常数值模拟;然后从叶顶间隙流的流动涡结构演变,湍动能和各向异性等方面研究叶顶间隙流的湍流特性;利用POD模态分解的方法对湍流特性做进一步分析,对分流场的基本规律、演变特点进行了详细研究;最后结合熵生成率,对泄漏流流动结构造成的损失进行了分析。研究发现,泄漏流在下游区存在着强湍流特性,涡尺度受不同的雷诺应力影响,且大尺度流动结构造成主要的耗散损失。     

吸力面小翼对扩压叶栅间隙泄漏的影响

采用数值模拟方法对利用吸力面小翼方式控制压气机叶栅间隙流动进行研究。结果表明,附加吸力面小翼可以降低叶顶泄漏流速,削弱泄漏涡强度,使得泄漏涡区损失降低。不同宽度吸力面小翼在不同间隙下部可以较好地减少叶尖泄漏,在叶顶间隙为3.3%叶高时,附加相对宽度为0.5的吸力面小翼可使损失降低4.7%。叶顶压差的降低及对泄漏涡结构的改变是吸力面小翼降低泄漏掺混损失的主要原因。     

轴流泵叶顶间隙空化流可视化实验研究

运用高速数码摄像系统对比转速为700的轴流泵在最优工况流量下不同空化程度时的叶顶间隙内空化流动进行拍摄实验,捕捉到空化发生位置和空泡团形态随空化程度变化的演变过程。实验结果表明:叶顶间隙内空化发生的初始位置位于叶顶翼型头部,空泡团为沿叶片工作面向背面旋转的旋涡空化,旋转轴和圆周方向基本一致;随着泵汽蚀余量的降低,空化发生位置和空泡团与叶顶翼型粘连的区域均呈由叶顶翼型头部向尾部延伸发展的趋势;当泵发生汽蚀时,空化发生位置覆盖整个叶顶翼型,间隙空泡团和叶片背面空泡团相掺混,对叶轮流道内液相主流产生强烈干扰,导致泵能量性能急剧下降。研究结果为轴流泵叶顶间隙内空化发生及发展过程的理论研究提供了有效参考。     

扇形叶栅叶尖间隙流动及其对叶尖换热的影响

本文通过在水槽中用粒子示踪的方法，利用最新的ＰＩＶ技术对扇形叶栅叶尖间隙泄漏流进行了定量流动显示。同时在风洞中利用萘升华传质模拟传热技术，研究了叶尖间隙区的局部换热特性结果表明泄漏流的流动特性与间隙大小、进口Ｒｅ数、攻角等密切相关，并直接影响叶尖的换热特性。     

叶轮顶部间隙对向心透平总体性能影响的研究

对微型燃机向心透平叶轮顶部间隙流动在级环境下进行了全三维粘性数值模拟．研究结果表明:顶部间隙小于 2％时,间隙每增加1％,级效率降低1．5％,而级通流能力有所降低;径向与轴向间隙变化对级性能影响有很大差别, 径向间隙增加对级效率降低的影响是轴向间隙增加的8．3倍,径向间隙增加使通流能力增强的程度是轴向间隙增加使通流能力减弱的4．2倍。此外,将间隙流场与文献报道试验结果进行了比较,差别主要在工作轮顶部区域。     

涡轮叶顶冷却布置对叶顶传热冷却性能的影响

本文采用数值模拟的方法,对比分析了1+1/2对转涡轮四种不同的叶顶冷却布置方案对叶顶传热、冷却性能以及气动特性的影响。四种布置方案分别是:靠近压力面垂直叶顶方向、靠近压力面且与叶顶有30°出射角、中弧线位置垂直叶顶方向、中弧线位置有30°出射角。研究表明,气膜孔沿压力面布置与气膜孔沿中弧线布置相比可以降低叶顶传热系数;由于气膜孔倾斜布置气膜射流动量降低,且削弱了肾形涡的影响,气膜的侧向覆盖范围增大。因此气膜孔靠近压力面布置可以提高气膜冷却效率;气膜孔靠近压力面且有30°出射角比垂直布置叶顶热负荷减少2.7%。另外,气膜孔靠近压力面布置可以降低主流的泄漏流量,有利于减小泄漏损失和提高涡轮效率。     

RANS and LES computations of the tip-leakage vortex for different gap widths

In hydraulic turbines, the tip-leakage vortex is responsible for flow instabilities and for promoting erosion due to cavitation. To better understand the tip vortex flow, Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) and large eddy simulation (LES) computations are carried out to simulate the flow around a NACA0009 blade including the gap between the tip and the wall. The main focus of the study is to understand the influence of the gap width on the development of the tip vortex, as for instance its trajectory. The RANS computations are performed using the open source solver OpenFOAM 2.1.0, two incidences and five gaps are considered. The LESs are achieved using the YALES2 solver for one incidence and two gaps.

The validation of the results is performed by comparisons with experimental data available downstream the trailing edge. The position of the vortex core, the mean velocity and the mean axial vorticity fields are compared at three different downstream locations. The results show that the mean behaviour of the tip vortex is well captured by the RANS and LES computations compared to the experiment. The LES results are also analysed to bring out the influence of the gap width on the development of the tip-leakage vortex. Finally, a law that matches the vortex trajectory from the leading edge to the mid-chord is proposed. Such a law can be helpful to determine, in case of cavitation, if the tip vortex will interact with the walls and cause erosion.     

刷式密封对透平级气动性能影响的研究

采用基于非线性Darcian多孔介质模型三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和SST紊流模型的泄漏流动数值方法对比研究了动叶叶顶迷宫密封和刷式密封的1.5级汽轮机高压缸透平级的气动性能.数值预测实验测量的刷式密封泄漏量与实验数据吻合一致,验证了数值方法的可靠性。详细分析了动叶叶顶迷宫和刷式密封两种结构对1.5级透平级叶顶间隙泄漏特性和气动性能参数的影响特性.结果表明:在相同工况下,相比于叶顶迷宫密封结构,叶顶刷式密封可使透平级级效率提高0.15%,叶顶间隙泄漏量降低30.74%。叶顶刷式密封和迷宫密封结构对透平级反动度和动叶出口气流角的影响基本相同.叶顶刷式密封中刷丝束前后压降大于迷宫密封中相同位置处迷宫齿前后压降,刷丝束起主要封严作用.     

叶轮机械中叶顶间隙形态对气动性能影响的数值研究

本文针对几种不同形态的叶栅顶部间隙,在环壁转动与静止的不同情况下,研究间隙内的泄漏流动对三维粘性流场的影响。结果表明,至少对本文算例而言,在相同的工作条件下,具有适当小间隙的叶栅往往可以获得比无间隙叶栅更高的效率;而在相同的切向泄漏面积下,沿流向渐扩型间隙的叶栅可以获得更高的效率．本文的结果可以从定性和定量的角度为改进设计并合理利用叶栅间隙的泄漏流动提供参考．