进口附面层形式对压气机叶栅端区流动特性的影响研究

为探究进口附面层形式对轴流压气机叶栅端区流动特性的影响,本文以某高亚声速压气机叶栅为研究对象,基于数值方法对比分析常规和倾斜两种进口附面层形式对叶栅角区分离和叶尖泄漏流流动特性以及总体性能的影响。结果表明：进口倾斜附面层使端区来流的攻角和进口速度增加。在无叶尖间隙时,倾斜附面层能够缩小角区分离的轴向和周向范围,提高扩压能力,相比常规附面层工况,总压损失降低6.3%;1%叶高间隙下,倾斜附面层能够降低叶尖泄漏流相关损失并减少尾迹与主流的掺混损失,总压损失较常规附面层降低15.3%。     

来流附面层对大转角扩压叶栅气动性能的影响

实验对比了低速条件下抽吸来流附面层前后某大转角扩压叶栅性能的变化。在叶栅壁面进行了墨迹流动显示,并对叶栅出口截面参数进行了测量。结果表明,入口附面层主要影响的区域是损失比较严重的吸力面/端壁角区。减薄大转角扩压叶栅的入口附面层可有效抑制栅内端壁附近的横向二次流、抑制角区分离、降低损失。当吸气量为入口流量的2.5%时,总...     

不同端壁间隙下压气机平面叶栅角区流动的数值模拟和实验研究

采用数值模拟和实验方法,对比分析了不同端壁间隙下平面叶栅攻角损失特性与角区流动结构的关联。各间隙情况下,当来流攻角大于某一数值时,角区失速的发生使得叶栅总压损失呈突跃式增加。小于该来流攻角时,无间隙叶栅损失最小。大于该来流攻角时,无间隙叶栅损失最大。分析表明,间隙的存在可以抑制间隙侧角区分离,并同时推迟无间隙侧角区失速的发生。     

低速轴流涡轮内部流动的大涡模拟

在低进口雷诺数下,低速轴流涡轮内部可能存在复杂的边界层转捩和分离流动。准确模拟边界层转捩和流动分离对低速轴流涡轮的气动设计具有重要意义。本文以某单级低速轴流涡轮为研究对象,采用大涡模拟方法对其在进口雷诺数为20000情况下的内部流动进行了数值模拟研究,并与前期采用全层流模型、S-A模型、Abu-GhannamShaw(AGS)转捩模型的模拟结果进行了对比,对比分析发现,大涡模拟结果与实验结果吻合更好,可以准确模拟该涡轮叶片吸力面的流动分离和叶片通道内的二次流动。由大涡模拟结果可以得出,静叶尾迹和分离使尾迹区的流体流动速度降低,但尾迹对流动角的影响较小。动叶入口低速微团在做周向运动的同时沿径向运动;高速微团主要沿周向运动。静叶叶片表面的分离流存在较大的由叶顶向叶根的径向的运动;动叶吸力面叶顶处也存在较大的分离流动.     

多级压气机非定常流场数值分析

通过双时间步求解三维非定常N-S方程,获取多级压气机内部非定常流场细节,为深刻认识多级、逆压环境下叶轮机内部非定常流动特征,进而提高其性能提供有益参考,分析结果表明:动/静叶排相干对下游静子叶片表面压力分布影响随着半径增大而增大;当上游尾迹输运至下游叶片通道时,低能量气流团将会充分与主流掺混,可能导致损失增加,当上游尾迹区域输运至下游静子前缘时,对应的叶栅通道低马赫数区域相对较小;由于下游静子叶片的位势作用,其对上游转子叶片尾缘流动结构产生较大影响,随着流面半径增大,下游叶片对上游流场的位势作用愈明显,非定常分离流动形式差别愈大.     

合成气压缩机循环段流动性能分析

合成气压缩机循环段由于高压和流动空间限制,难以测量内部流动参数,导致无法从工程上判断循环段流动性能。为此本文建立了高压缸出口段、混合腔和循环段叶轮流道模型,采用合成气物性,在约14.4 MPa(A)的高压进口条件下,使用CFD的方法研究了循环段内部流动混合发展规律。选取常用的七种损失模型评估了叶轮内损失,并研究了混合腔对下游叶轮性能的影响。结果表明混合腔内呈现出明显的二次流动,随着流动向下游发展,流场变得越来越均匀。混合腔损失、叶片负载损失和尾迹损失是主要的损失源。由于上游混合腔的影响,带有混合腔的叶轮的压比和效率低均低于单独均匀进口叶轮情况,且其工况范围更窄。本文的结果可为新型合成气压缩机产品的设计提供参考。     

射流旋涡发生器对高速扩压叶栅端区流动的影响

在进口马赫数Ma=0.67的高速平面扩压叶栅端壁采用射流旋涡发生器以控制其二次流动。数值模拟结果表明:射流旋涡可有效抑制端壁附面层横向迁移,增强端区与主流间的流体掺混,从而显著减弱角区低能流体堆积,推迟吸力面侧流动分离,减少栅内损失,增强气流折转能力。随着来流冲角的增加,栅内损失减小越明显,当i=4°,仅采用相当于叶栅进口流量0.2%的射流量,即可使得总压损失减小高达13%。     

叶片倾斜对大转角透平叶栅流道内通道涡和损失发展的影响

在小转角透平叶栅中,端部横向二次流损失在总损失中占主要比例。对于此类叶栅采用倾斜叶片,压力面与端壁成锐角侧的流动能得到改善。采用压力面与两端壁均成锐角的正弯叶片,可将锐角侧的改善作用引入同一叶栅。对于大转角透平叶栅,上、下通道涡的形成、发展及汇合在叶栅中部产生的二次旋涡损失是总损失的主要部分。在这种情况下,要弄清叶片的倾斜是否仍能改善锐角侧的流动,叶片怎样弯曲才能减少二次旋涡损失,仅测量栅前与栅后流场是远远不够的,必须详细测量流道内部的流动。     

叶栅倒角对压气机角区流动影响的数值模拟和实验研究

本文结合实验和数值方法,采用双侧带倒角,单侧带倒角以及一侧带间隙一侧带倒角3种不同倒角布局形式,探究了倒角对压气机角区流动和损失的影响。结果表明:加倒角后,叶栅端部局部周向压力梯度增加,有利于气流克服流动产生的离心力,避免了气流在吸力面较早发生分离,从而一定程度上可以抑制压气机角区分离。单侧倒角以及一侧间隙一侧倒角情况,倒角侧角区分离减小而另一侧的角区分离或泄漏损失会增大。发生角区分离时,端部倒角存在还会导致叶栅尾迹损失有所增加,但由于角区流动改善促使端部损失减小更为显著,叶栅整体损失会下降。     

沟槽面对扩压叶栅表面流态的影响

采用油流显示技术研究了沟槽面扩压叶栅表面流动的拓扑结构,通过与光滑叶栅壁面流动拓扑图像的比较,发现沟槽面能抑制叶背附面层的发展,减小附面层内低速流体的展向流动,减弱叶背附面层与叶背角区旋涡的相互作用.随后用总压耙对栅后流场进行了测量,和光滑叶栅测量结果相比,沟槽面叶栅端壁区总压损失低,主流区沟槽面叶栅尾迹宽度变小、损失降低,证实该非光滑面能减小叶栅二次流损失.     

大功率汽轮机静叶栅损失发展的实验研究

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下在低速风洞下进行了吹风实验研究.实验结果表明,与原型叶栅相比较,改型叶栅明显降低了流动损失.在设计工况下改型叶栅流道内的流动状况更为稳定,显著降低了二次流损失、端壁损失、吸力侧流动损失、尾迹损失.     

S弯进气道优化对其内流场及性能影响研究

在数值研究大量附面层吸入对某半埋入式S弯进气遭内部流场及气动性能影响的基础上,以ISIGHT软件为平台对其进行优化,并详细对比优化前后进气道内部流场结构及性能变化,结果表明:因吸入大量附面层内低能流体,进气道内出现流动分离,周向总压畸变和旋流畸变相对均匀进气工况均显著增加;优化后,旋流畸变和周向总压畸变分别下降约44.46%和4.09%,中心线趋于前后缓急相当,扩压器前段截面面积缓慢递增,而在接近出口时急速增加,气流在此区间迅速扩压;不同厚度附面层吸入工况下,优化后进气道气动性能相比优化前均有所改善,但流动分离现象始终存在。     

高负荷扩压叶栅非对称附面层抽吸数值研究

本文研究了某大折转角扩压叶栅单侧端壁开孔抽吸附面层对该叶栅气动性能的影响,数值方法经过了实验校核,抽吸位置位于靠近吸力面的端壁处,沿着叶栅的弦长方向共划分了四个抽吸方案,计算域包括下空腔。研究结果表明:在角区分离点处进行端壁附面层抽吸能够明显地改善抽吸侧角区的流动情况,达到推迟分离和降低损失的效果,但对未抽吸侧角区有不利影响,具体表现为分离提前、角区范围增大。     

高亚音速二元叶栅损失的理论分析和实验研究

本文主要目的,是采用可压流紊流附面层理论,利用附面层理论中的一些附面层特性参数,如动量厚度、形状因子和能量因子以及其他组合参数等;采用栅后尾迹中附面层简单幂方气体速度分布;并在过去叶栅损失理论研究的基础上,推导出亚音速、跨音速二元叶栅总压损失简化了的计算方程。用它可以计算亚音速、跨音速压气机叶栅在设计工作情况和非设计工作情况下的二元叶栅总压损失。文中还提出了压气机叶栅在高亚音速、跨音速工作条件下,修正气体压缩性影响的新的图线方法。 按照所推导出来的叶栅损失计算公式,对给定叶型叶栅在不同工作情况下,进行了叶栅损失计算。另外,对给定叶型叶栅进行了吹风实验,测量出不同情况下的叶栅损失,两种数据进行了比较,得到较好的一致。     

尾迹作用下不同负荷分布叶型边界层发展研究

利用数值模拟手段研究了非定常来流条件下负荷分布形式对边界层发展的影响,探讨了适合低雷诺数条件下低压涡轮的负荷分布形式。结果表明,后加载形式在较低雷诺数情况下有利于控制边界层发展,并且尾缘处的分离能够有效地被上游尾迹抑制,与前加载和均匀加载叶型相比,其气动损失最小。当雷诺数降到很低时,仅靠尾迹的作用难以有效抑止分离。结果还显示:在同样条件下,尾迹强度增大有利于控制边界层的分离。     

螺旋管内气液固三相流颗粒相分布规律

为了深入认识螺旋管多相流相分离现象,并为新型螺旋管除砂器设计提供指导,本文应用马尔文粒度仪,测量了螺旋管气水砂三相流底部水平段液膜中的颗粒浓度和粒度分布。研究表明:在泡状流和分层流条件下,螺旋管底部水平段可形成稳定的连续液膜流动;在宽广的气速范围内,液膜中的颗粒浓度分布规律均为内弯侧较低、外弯侧较高,说明螺旋管除砂器对于实际生产中流动工况的变化具有良好的适应性;泡状流中提高气速有利于分离;分层流中在中等气速条件下外弯侧颗粒浓度最大,中等气速是相分离的最佳操作工况。     

高负荷压气机叶栅分离与流场结构研究

通过流动显示及静压测量,对不同冲角下、三种叶型弯角的环形压气机直、弯叶栅近壁面区域的流动分离及旋涡结构进行了实验研究.结果表明,近吸力面的气泡分离与转捩取决于叶栅型面静压分布;随叶栅负荷增大,流动分离形式由闭式分离逐渐向开式分离发展,流动分离的对称性逐渐减弱;减少涡系与涡系、涡系与附面层之间的相互作用及掺混可以有效拓宽正弯叶片的应用范围.     

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。     

DES模型在压气机亚音转子中的应用探讨

本文运用分离涡模拟(DES)方法研究了不同工况下压气机亚音转子的流动情况,分析了其时均与瞬时流场中顶部间隙泄漏流动和根部角区的流动分离.通过与S-A模型计算结果的对比表明,DES模型在模拟顶部泄漏流动及二次泄漏、泄漏流在转子下游与尾迹的干涉时能够捕捉到更强的旋涡结构,在模拟转子根部角区的分离时也能获得更为丰富的流动现象.对不同工况的DES计算表明负荷的上升会使泄漏涡形成的位置向上游移动,从而导致并加剧二次流动,并对叶栅下游泄漏涡与尾迹的干涉产生影响.对设计工况下瞬时流场的分析表明,泄漏涡在叶栅下游体现出周期性的强弱变化,近叶根分离区也体现出明显的非定常性.     

动静干涉效应对轴流透平级气动性能的影响

本文对Aachen一级半轴流式透平进行了准定常及非定常流动的数值模拟,讨论了引发动静干涉效应的主要因素,分析了非定常效应对叶栅通道中脉动速度、气流角、型面压力分布以及损失结构的影响。结果表明,对于Aachen透平而言,上游叶片排的尾迹区及二次涡是引发下游叶栅通道流场强非定常特性的最主要因素,引起了脉动速度、型面压力、攻角以及损失的较大变化,从而对透平级性能产生较大的影响。