任意旋成面叶栅杂交型气动命题的变分原理与广义变分原理(Ⅲ)

一、引言 在文献[1,2]中,分别研究了任意旋成面叶栅的‘A’型和‘B’型杂交型气动命题(简记作H_A和H_B命题).本文将专门研究另一种类型的杂交命题——‘C’型杂交命题,简记作H_c命题.我们知道,叶栅气动性能主要取决于叶型凸面上的流速分布,而叶型的厚度分布则在很大程度上左右着叶片的强度、冷却、结构和工艺特性。因此把凸面流速分布和叶厚分布选作叶栅设计的已知条件,就能形成一种非常合理的杂交气动命题,它能很好的兼顾气动以及其它方面的设计要求,这就是本文要研究的C型杂交命题。我们在此建立了这种命题的两族变分原理,从而为叶片设计提供了又一些新的合理途径.     

任意旋成面叶栅A类气动杂交命题周角函数型变分有限元解

一、前言 叶栅杂交型气动命题的基本特征是:叶片表面边界条件由几何性质条件和气动性质条件两部分组成,所以它是常规正、反命题的统一和推广,能更好地满足叶栅设计与气动分析的各种需要.A类杂交命题是根据生产中对叶片作局部改型设计的需要而提出的.它只要求预先给定叶片表面的部分形状,其余部分则规定压力(或速度)分布,形状待定.     

矩函数及其在旋成面叶栅气动反命题及杂交命题中的应用

本文首先对旋转的任意旋成面上的理想可压缩流动引入一新通用函数——矩函数,并论证它的主要性质,接着将它推广到粘性气体的情况。然后,提出一个基于矩函数的旋成面叶栅气动反命题及A型杂交命题的通用解法。研究表明,矩函数对求解杂交命题(反命题是其特例)和跨声速流动具有明显的优越性。     

任意旋成面叶栅杂交型气动命题的变分原理与广义变分原理(Ⅱ)

作为文[1]的继续,本文将研究另一类杂交型命题(简记为B型):给定叶型的厚度分布和气动负荷(即凹、凸叶面上的压差)分布,要求解出叶栅形状.我们为它建立了相应的两族变分原理,其中充分发挥了自然边界条件和人工分界面的有力作用,以简化边界条件的处理.本文旨在为引进有限元法及其他变分解法提供一个更广泛、严密的理论基础,并为叶栅设计提供一些新的合理途径.     

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。     

大折转角弯曲扩压叶栅变冲角性能研究

实验研究了叶片正弯曲对某大折转角扇形扩压叶栅变冲角性能的影响。结果表明,叶片吸力面表面静压沿展向呈现明显的“C”型分布,促使端部附近低能流体向中径处迁移,且冲角越大,叶展中部低能流体积聚越多,损失增加明显;零冲角和负冲角时,15°、20°弯角正弯叶栅总压损失低于直叶栅,正冲角时情形相反,而25°弯角正弯叶栅损失在所有实验冲角下均大于直叶栅。因此,慎重选择设计参数是在大折转角扩压叶栅中成功应用叶片弯曲技术的前提。     

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。     

冷气喷射对缩放型流道涡轮叶栅性能及流场影响的数值研究

本文利用数值模拟方法详细研究了缩放型流道叶栅中从六个不同轴向位置处以不同的质量流量比喷射冷气对叶栅流场性能的影响,对比分析了能量损失系数、叶表静压分布、流道内马赫数分布等,结果表明冷气喷射对叶栅性能的影响和内伸波的影响是不同的。叶栅性能的变化主要是由于冷气喷射导致叶型损失的变化引起的,当冷气从吸力面内伸波作用位置附近及前缘滞止线附近喷射时,冷气与主流的掺混剧烈且持续到叶栅出口处,使得叶栅损失增加;当冷气从压力面和吸力面喉口位置处射流时,叶栅损失减小。在吸力面内伸波反射点附近射流时,由于冷气的滞止作用使得冷气孔前的压力增大,进而减小内伸波前后压差,减弱内伸波强度。     

在大转角透平叶栅中叶片反弯曲对通道涡及静压场的影响

本文采用微型球头五孔探针对低展弦比大转角透平直叶片栅和反弯曲叶片栅栅内外流场进行了详尽测量,并开设静压孔测取了叶栅端壁和叶片表面的静压分布。根据实验结果,作者全面分析了叶片反弯曲对通道涡及静压场的影响,并明确提出：在大转角透平叶栅中,叶片反弯曲后,由叶片力在吸力面前部产生的沿叶高方向的反“Ｃ”型静压分布是控制通道涡减弱的关键,这也是叶片反弯曲作用的本质所在。     

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.     

尾板对弯曲叶片压气机叶栅出口流场的影响

进行了带尾板的常规直叶片、正弯曲叶片、反弯曲叶片组成的三种矩型压气机叶栅在低速风洞上的实验研究,测量了叶栅出口流场,分析了零冲角下尾板对叶栅出口能量损失分布情况和二次流速度矢量的影响。结果表明尾板对压气机叶栅,尤其是弯曲叶片压气机叶栅出口流场有很大的影响,反弯曲叶栅的总损失最大。     

轴流式叶栅完全反问题工程解

对于轴流式叶轮机械叶栅的完全反问题——规定叶栅前后气流参数及叶片表面速度分布而设计叶栅,本文发展了吴仲华教授创立的中心流线法,得出了一个程序非常简单、计算非常快捷的工程解法。文中对初值选定、迭代修正、光滑措施与决定稠度等均作了讨论,给出了可用的办法;而且还论述了本法的适用范围。已用此法作了一些低跨声速平面叶栅设计的试算,说明本法是有效的,可以用袖珍计算机进行编程设计。此法可以推广应用于设计任意迴转流面上有熵增、跨声速、无强激波的轴流式、混流式和径流式叶轮机械的叶栅。     

叶片倾斜对叶栅气动特性的影响及其控制二次流损失机理的实验研究

通过小径高比环形透平静叶栅的吹风实验,探讨了在不同径高比和外壁扩张角叶栅中,采用倾斜叶片,对叶栅气动特性的影响。为排除离心惯性力对静压沿叶高分布的干扰,仅研究叶片倾斜效应,在矩形透平叶栅实验模型中,测得了叶片表面特別是负压面近喉部表面静压沿叶高的分布,揭示了叶片倾斜控制二次流损失的机理。     

跨音叶栅多种命题的流函数解法

在求解跨音叶栅反命题及形形色色混合型命题时,将该命题所规定的边界条件均设法转换成用流函数ψ来表示的边界条件,从而得出物理概念十分清晰的形式比较统一的迭代求解途径.对跨音反命题的一些计算指出,本文方法是可行的,且有算例表明,此方法也可用来作为设计无激波超临界叶栅的一种手段。     

国产优化300／600MW汽轮机通流部分气动设计 第二部分：叶栅优化与完善化设计

本文介绍叶栅优化与完善化设计方法。针对３００／６００ＭＷ汽轮机高、中、低缸叶栅不同的气动和几何特点，运用Ｓ１流面正、反问题和杂交问题程序，对叶栅进行优化或完善化设计。试验研究和工程实践表明这套设计方法是成功的。     

压气机叶栅流场和气动性能的无粘流-边界层迭代计算

本文给出一种计算压气机叶栅流场和气动性能的无粘流-边界层迭代方法.这种方法能够计算叶片后缘附近有紊流边界层分离的流动,考虑了尾迹对主流的位移效应.对一个高亚音速压气机叶栅的最小损失工况,计算得到的叶片型面M数分布、叶栅出口气流角、总压损失系数和试验值符合良好.     

任意旋成面上带分流叶片叶栅气动正命题有限元解法

本文提出了任意旋成面上带分流叶片叶栅气动正命题[考虑了叶面有喷气(吸气)的情况]的有限元解法。首先应用八节点等参数单元对相应的变分原理进行有限元展开,然后用迭代法求解所得的非线性方程组,求得全流场的速度势及速度分布,编制了能自动划分网格的计算程序。 以NASA叶片为实例进行的计算结果表明用本文建立的计算方法及程序无需作任何修改或补充,即也可用来计算(不带分流叶片的)任意旋成面叶栅流场,并得到收敛程度相当好的结果。 本文所建立的方法及程序只须稍作修改,就可引伸来求解串列叶栅气动正命题。     

进口旋流对透平双通道叶栅端壁气膜冷却的影响

实验叶栅采用GE-E~3进口导叶叶型,进口马赫数为0.1,进口雷诺数为1.48×10~5。实验中的叶片放大比例为1.95,气膜有效度采用压力敏感漆测量。气膜冷却工质采用氮气,密度比接近1.0。实验中两个相邻叶栅通道的端壁气膜有效度分布同时进行测量,在端壁上游和下游分别取相同位置进行气膜有效度对比。进口旋流采用旋流器进行模拟,旋流器与两个叶栅通道间的相对位置沿周向移动,分别模拟正对叶片A、正对叶栅通道1,正对叶片B,正对叶栅通道2以及正对叶片C五个状态。通过实验可以发现,进口旋流可以主导端壁上游的气膜冷却有效度分布,气膜附面特性并且随旋流核心位置变化明显。在端壁下游区域旋流的影响主要表现为与主流横向流动的合成作用,气膜冷却变化对旋流核心位置移动相对上游不敏感。     

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。     

叶片弯、掠对压气机端壁流动的影响

通过壁面静压测量、流场显示及气动探针测量研究了不同掠型叶片组成的平面扩压叶栅特性。结果表明,前掠 叶栅流道中横向压力梯度减弱,型面压力沿叶展呈反“C”型,有利于减弱角区低能流体堆积,但中径处损失有所增加; 弯掠叶片强化了上述趋势,其降低端部损失和延缓角区分离的能力更强,应从优化设计角度对其进行深入研究。