低速扩压叶栅中分流叶片的作用与设计

本文采用数值方法,研究在几何大弯角扩压叶栅中,分流叶片的主要设计参数(长度和周向位置)对叶栅气动性能的影响。对比具有不同分流叶片轴向长度和周向偏置的叶栅气动性能,结果表明:分流叶片的主要气动作用是增加气流折转角,提高叶栅的做功能力,而不增加叶栅内流动损失。分流叶片长度大于主叶片表面流动分离区长度时,分离叶片才能起到作用。分流叶片向主叶片吸力面偏置15%节距,对抑制边界层分离的作用更好,流动损失较低。     

任意翘曲S_1流面上气流通过转动叶栅与静止叶栅流场的统一计算

将通过转动叶栅的定常的相对流动和通过静止叶栅的定常的绝对流动相连接,作为统一流场求解.这样在实际的压气机和透平的计算中与S,配合,可以组成多排叶片的同时统一计算,得出多排叶片的准三元和全三元分析计算与设计. 在计算中,采用了广义的Kutta-Jukowsky条件.对最后一排叶片的出气角,中间叶栅的流函数值进行调整.实际计算表明,这种调整是敏感和有效的.计算结果表明:相对于不定常计算,计算比较简单,可供工程使用.     

含分流叶栅或串列叶栅的S_1流面上可压缩流动矩阵解

基于六十年代提出的使用任意非正交曲线坐标和非正交速度分量的叶轮机械内部三元流动基本方程,本文提出一个求解含分流叶栅或串列叶栅的S_1流面上可压缩流动的方法.将广义儒可夫斯基条件同时应用于主叶栅与分流叶栅的尾缘以确定叶栅中的流最分配和出气角。整个流场是使用矩阵法求解流函数万程得出的。 这种方法可推广用于求解串列叶栅问题,含两个分流叶栅的S_1流面流动问题,以及含分流环的S_2流面问题。典型算例显示了本文方法的工程实用性。     

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。     

倾斜透平静叶栅的全三元流场分析

文献[1]首先提出了采用倾斜叶片来降低透平静叶损失的设想。此后有过许多研究都表明,适当改变积叠方式可以改变叶片表面径向压力分布,以达到控制附面层内低能量流体的流动、减少叶栅损失的目的。为了了解这种措施对流场的影响,本文以文献[7]中用传统周期性条件的全三元势函数程序,对文献[3]中径高比为3的实验叶栅(图1和2)求出了径向叶栅、正倾斜20°、负倾斜20°及复合倾斜叶栅(根部正倾斜20°,顶部基本径向)内的全三元流场,并对计算结果进行了分析。     

超音速叶栅与变动来流干扰的噪音计算

一、序言 文献[1]介绍了后掠超音速叶栅由于振动引起的非定常空气动力的计算方法,用它可预估超音速叶栅非失速颤振。文献[1]的理论也可用来计算变动来流干扰引起的作用于叶片上的非定常空气动力以及因之而产生的噪音。本文介绍其方法的概要和一些算例。 这方面,梶,岡崎和西山,小林对于直叶栅、難波对于旋转叶栅、菊地对于超音速叶栅进行了研究。菊地着重考察了前置静叶在周向倾斜时的三元影响,本文着重考     

非光滑叶片对叶栅流道内通道涡影响的实验研究

在低速平面叶栅风洞中对光滑叶片叶栅及三种非光滑叶片叶栅进行了实验研究,以研究 与光滑叶片相比,非光滑叶片对叶栅流道内通道涡发展变化的影响。实验结果表明,与光滑叶片相 比,非光滑叶片对叶栅流道内的通道涡有明显的影响,通道涡的位置沿节距方向移向流道中心处, 沿叶高方向不变,通道涡的强度有所减弱。分析了非光滑叶片的影响原因。     

大小叶片叶栅的稠度特性分析

本文基于数值模拟方法,对大弯角二维大小叶片叶栅和常规叶栅的稠度特性进行了详细的计算与分析.分析表明:大小叶片叶栅具有双稠度特性,中、高稠度以及小叶片为大叶片弦长的60%～80%时,大小叶片叶栅性能最佳;小叶片周向位置对大小叶片叶栅性能存在一定影响。由于气动布局的改变,传统定义的扩压因子难以实现对附面层发展的预测.     

去掉上、下游叶片排后“孤立”叶片排的叶栅实验和S_1流面计算中,上、下游条件的确定

根据五十年代初建立起来的叶轮机械三元流动通用理论,本文提出一个根据多排叶片的S_2中心流面的计算结果提供某一个叶片排的S_1流面计算所需的上、下游流场条件的方法。这个方法也适用于提供对多个叶片排中某一个叶片排的S_1流面上的叶栅进行实验工作时所需的叶栅上、下游条件。本文给出的算例表明:这种方法可以使S_2中心流面计算得到的叶片排上、下游间隙站上的气流参数基本上不因拿掉它的上、下游叶片排而受到影响;同时还表明,使用本方法后得到的S_1流面计算结果与通常的处理方法得到的S_1流面计算结果在叶片的前缘处有明显的差别。     

串列式叶栅扩压器非定常流动研究

采用数值模拟方法,对串列式叶栅扩压器中的非定常流动进行了研究。结果表明,带串列式叶栅扩压器的离心压气机内部流动是以强非定常的三维黏性主流和缝隙流动为主要特征,串列式叶栅扩压器内部流动存在明显的非定常性,压力脉动的传播在前排叶栅通道内衰减很快。扩压器前排叶片通道内压力脉动的主频为叶轮叶片通过频率。后排叶片前缘附近压力脉动的主频变为0.5倍叶频。串列式叶栅扩压器进口的压力脉动主要受到叶轮的激励作用;串列叶栅间隙处,随主流输运而来的叶轮尾迹与缝隙流、前排叶片尾迹相互干扰与叠加,成为后排叶片前缘压力脉动新的激励。相比于近叶根、叶尖处,前排叶片前缘中间叶高处的压力脉动受到叶轮主流和分流叶片尾迹的激励作用更强烈。     

不同吹风比下平面叶栅气膜冷却数值模拟

本文对具有多排冷却孔的某叶栅进行了气膜冷却数值模拟,计算了三种湍流模型在不同吹风比下叶片表面的气膜冷却效率。将数值计算结果与采用压力敏感漆实验技术测量的叶片表面气膜冷却效率分布进行了对比,比较了不同湍流模型的预测准确性,并验证了数值计算对平面叶栅气膜冷却定性预测的可行性。     

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。     

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。     

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.     

弯扭叶片栅内减少能量损失机理研究的新进展

根据实验结果和数值计算结果的分析，本文讨论了三维流场的压力分布对弯曲叶片型式的影响。进一步揭示利用弯曲叶片减小叶栅通道内能量损失的机理，弯曲叶片可以改变三维流场内的径向、横向和流向的压力分布。对于膨胀叶栅，采用正弯曲叶片可以显著的降低叶栅中的总能量损失系数。对于叶展中部伴有边界层强烈分离的导向叶栅，采用反弯曲叶片将有利于减小总能量损失。     

低温氦气透平膨胀机导向叶栅的数值模拟

低温氦气透平膨胀机是大型低温氦制冷系统的关键部件,其导向叶栅对整个透平膨胀机的效率有着重要影响。采用计算流体动力学(CFD)软件CFX,运用标准k-!湍流模型,以低温氦气为工质,对所设计的透平膨胀机导向叶栅进行了全流道数值模拟。导向叶栅采用TC系列叶型。对不同叶型,不同叶片数下导向叶栅进行数值模拟。经过计算,得到了TC-2P、TC-3P、TC-4P三种叶型在设计工况下的结果,发现采用TC-2P叶型时,导向叶栅具有较好的性能,同时得到了导向叶栅性能随着叶片数的变化规律。     

叶片弦向倾斜对损失发展的影响及叶片反弯降低损失机理的研究

早在六十年代初期,Ｓｍｉｔｈ提出了弦向倾斜叶片￣［１］。叶片的这种倾斜集叶片的后掠（叶片展向与气流不垂直）和上反（叶片表面与端壁斜交）于一身。根据理论分析可知,弦向倾斜叶片与周向倾斜叶片比较,在相同倾斜角下,它更能有效地抑制通道涡的形成和发展￣［２］。但是,到现在为止还没有实验数据证实这一计算结果。本文继文献￣［３］详细测量了弦向倾斜叶片叶栅由栅前至栅后诸截面上的气动参数。实验结果表明,弦向倾斜对损失的发展起到了与周向倾斜相类似的作用,但是前者比后者减小了叶栅进口段的流向逆压梯度,从而降低了二次旋涡损失。本文还测量了大转角常规直叶栅与反弯叶片叶栅端壁与叶片表面上的静压分布,探讨了反弯叶片降低损失的原因,认为：减小叶栅进口段流向逆压梯度,在叶片吸力面前部形成垂直于端壁的平行静压等值线、在中部形成反“Ｃ”型静压等值线,以及在流道内建立沿叶高的反“Ｃ”型静压分布,是反弯叶片降低损失的三要素。     

涡轮叶栅气热耦合数值模拟

本文建立了透平机械叶栅流场与叶片温度场的气热耦合计算模型,编制了三维非正交曲线坐标系下的温度场求解程序,计算了实心及空心叶片的温度场分布。介绍了区域分解方法在耦合计算及并行计算中的应用,以矩形区域温度场求解程序为例研究了程序的并行化,最后进仃了叶栅流场计算与叶片导热计算程序的分区耦合计算。     

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。     

组合叶栅的数值计算研究

采用混合紊流模型计算了以NACA0012为原始翼型的组合叶栅内部流场.通过计算证明,选取适当的叶栅组合参数重合度B与栅距比T,可以使组合叶栅的整体性能得到大幅度的改善.组合叶栅的整体气体性能明显优于单列叶栅的气动性能.