基于附加示踪变量法的涡轮轮缘密封非定常封严特性研究

采用基于附加示踪变量法和数值求解三维Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes(URANs)和k-ω-SST紊流模型研究了涡轮轮缘密封的非定常燃气入侵和封严效率。通过与模型实验的轮缘密封封严效率的比较,表明非定常时均结果与实验数据吻合良好,同时验证了基于附加示踪变量法的非定常数值方法模拟轮缘密封封严特性的有效性。分析了轴向和双重轴向轮缘密封的非定常封严特性。研究结果表明:静叶尾迹和动叶前缘附近的压力势场的非定常干涉效应以及盘腔中非定常的压力分布会强化主流燃气入侵。与非定常计算时均结果相比,定常计算会低估轮缘密封的燃气入侵量以及燃气入侵对盘腔流场的影响。双重轴向轮缘密封相比于简单轴向轮缘密封可以显著提高涡轮盘腔的封严效率。     

整级透平中转静轮缘封严问题研究PartⅠ:封严与入侵

本文通过构建由一级动静叶组成的外流影响下的轮缘密封问题的实验和数值模型,针对燃气轮机透平转静轮盘间隙的封严与入侵问题开展了研究。其中第一部分主要关注燃气入侵的主要影响因素,入侵气体在腔室内部的分布规律和最小封严流量。结果表明:静叶尾缘的压力分布是造成燃气入侵的主要原因,即在主流的压力大于密封腔室内压力的区域会出现燃气侵入腔室,造成局部温度过高;主流压力小于腔室内部的压力区域,密封气体能够较好的封严转静间隙。入侵气体和封严气体的掺混主要发生在腔内高半径处并在高速旋转的动盘引发的夹带作用下深入腔室内部低半径处。因此在轮缘密封的结构设计中需要全面的考虑这些因素的影响。     

基于CFD和FEM方法的刷式密封传热特性研究

采用计算流体动力学与有限元分析相结合的方法,数值研究了压差和干涉量对刷式密封传热特性的影响规律。刷式密封的温度分布是通过求解基于Non-Darcian多孔介质模型的Reynolds-Avergaed Navier-Stokes(RANS)方程获得。刷丝与转轴的摩擦热量是通过摩擦系数、法向接触力和接触速度计算得到。刷丝与转轴接触力是通过对刷式密封非线性接触模型进行有限元分析计算获得。研究结果表明,在干涉量一定时,刷丝与转轴法向接触力随压差增大呈线性增加,刷丝的最高温度随压差增大而显著升高,但最高温度的上升趋势随压差增大而减缓;在压差一定时,刷丝与转轴法向接触力随着干涉量增大而略微增大,最高温度随干涉量增加而小幅上升。     

径向轮缘密封预旋盘腔流动换热特性数值研究

本文通过SST湍流模型求解RANS方程组,研究了带径向轮缘密封的预旋盘腔流动换热特性,并采用附加变量法研究径向密封的封严特性。比较了不同冷气量,不同进气预旋比下的盘腔内流动系数、转盘表面努塞尔数和封严效率。结果表明:在中分面处,预旋比随进气预旋比的增大而增大,静压系数沿径向线性增大。主流入侵使转盘壁面绝热温度升高,根据流动状态计算得出的Nu较实际略大。进气预旋提高封严效率。     

干气密封三维微间隙流场数值模拟

采用三维流动求解器CFD-ACE ,以空气作为工作介质,对干气密封不同工况下的内部微间隙三维流场进行了数值模拟,得到了流场的压力分布及其产生的开启力,通过与文献中试验结果的比较和分析,三维流场的计算结果与文献中试验结果吻合较好.在考虑气体的可压缩性的情况下,直接求解N-S方程可对干气密封微间隙内的三维流场进行正确的描述.     

蜗壳进口周向非均匀流动的数值研究

本文提出一种考虑进口非均匀流动的蜗壳流场计算方法。该方法通过叶轮出口边界与蜗壳进口边界上静压分布的迭代计算,并逐步修正蜗壳入口气流方向模拟叶轮与蜗壳内流场的相互作用。通过计算结果表明:该方法计算量小,且能获得一定程度的蜗壳进口非均匀流动。     

紧凑式回热器传热及流动特性

本文以高紧凑度的锯齿形板翅式回热器为研究对象,建立导热-对流耦合传热问题的三维数学模型,并采用整体求解法在Re=200-2000的范围内进行数值离散和求解,得出速度场和温度场的分布,分析入口段以及交错翅片处强化传热的机理．     

百叶窗翅片管传热流动特性数值模拟与优化设计

本文通过数值模拟的方法探究了百叶窗翅片开窗角度α、开窗宽度L_w对翅片管传热流动性能的影响,结果表明,平均Nu数在33.45～43.41之间变化,阻力系数f在1.13～2.44之间变化。结合神经网络训练及遗传算法,选取了开窗角度α、开窗宽度L_w以及翅片间距L_p为优化参数,设计综合性能最优的百叶窗翅片结构。遗传算法优化后得到的翅片管(开窗角度为24.40°,开窗宽度为1.21 mm,翅片间距为1.43 mm)其平均Nu数为39.01,f为1.61。     

通断微通道流动特性的数值模拟研究

微通道换热器以其良好换热能力已被广泛地应用于当前的实验研究中,通过数值模拟的方法对通断微通道内的流动特性进行了研究。重点分析了通道结构对微通道内速度分布、压力分布的影响。结果显示,通断通道的整体压降比连续通道增加了17%,当微通道内的雷诺数>1 500时,微通道内单相流动达到了旺盛湍流,宽高比对压降的影响消失。通断通道结构下的流动转捩雷诺数600～800之间,比常规尺度下的转捩雷诺数低得多(2 300左右)。通过通道数对流动性能的研究发现,增加通道数,有利于降低整体压降并增加流动稳定性。     

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.     

后掠风力机叶片气动性能数值模拟

采用商用软件FINE~(TM)/Turbo,以2.5MW风力机DF90风轮叶片为原型,在确认数值方法的基础上,将中叶展以上做后掠变型,进行三维定常数值模拟研究,讨论了后掠叶型对叶片气动特性的影响,并提出了一种定义后掠叶片静压系数的方法。     

凹槽叶顶冷气射流对涡轮叶尖泄漏流动的影响

涡轮叶尖泄漏流动对涡轮通道内流动损失有着显著影响,叶顶冷气射流对控制叶尖泄漏流动和改善涡轮叶尖气热性能有重要意义.本文利用数值模拟方法,研究了叶顶冷气喷射位置和喷射流量对高压涡轮凹槽叶顶间隙泄漏流动控制的影响.文中重点分析了泄漏流动结构及涡轮气动效率的变化,探讨了冷气对刮削涡这一间隙内主控流动结构演化的影响.研究表明,...     

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。     

叶片扰流器对风力机性能影响的数值研究

风力发电机组不断向大型化发展,风力机叶片的长度越来越长,为满足其结构要求,需要在叶片内侧采用厚翼型,而厚翼型在大攻角下容易导致流动分离,影响功率输出。本文通过对某一风力机叶片进行数值模拟,分析其近叶根处的流场,发现存在较大的流动分离现象。针对两种工况,在叶片内侧最大弦长位置增加环形扰流器后进行数值模拟,与原始叶片进行比较。结果表明:扰流器可以有效减小叶片内侧的流动分离区域,风速为11 m/s和15 m/s时功率都得到一定程度的提高,扰流器附近截面上的压力分布也有所改善。     

Effect of Processing Conditions on Heat Seal Strength for Peelable Heat Sealing of Multilayered Polyethylene Films with Different Sealant Layers

The effect of heat sealing temperature on peelable heat seal strength (HSS) before and after the sterilization, often used industrially, was investigated for one of either polyethylene (PE) multilayered films with various inner sealant layers consisting of two high density PEs (HDPEs), a linear low density PE (LLDPE) or low density PE (LDPE). To attain similar HSS, heat sealing at a temperature close to the melting peak temperature (Tm-p) was needed only in the case of LDPE. Heat sealing behavior at higher temperatures, to attain higher HSS, was also investigated for HDPE and LDPE. High HSS, as well as suppressed reduction of HSS after the sterilization, was achieved for HDPE at a heat sealing temperature well below its Tm-p. An Increase of HSS with the increase of dwell time was also observed. On the other hand, for LDPE, high HSS and its stability after the sterilization were achieved only when the heat sealing temperature was increased to the value equivalent to its Tm-p. Improvement of the processing conditions for the shortening of the processing period was also investigated. For HDPE, higher sealing bar temperature was needed to gain similar HSS when the dwell time of the heat sealing was shortened from 4 to 2 s, whereas the attained maximum temperature at the interface was found to be similar. The characteristics of the heat sealed portion, judged from the relation between HSSs before and after the sterilization, were not affected by the dwell time of heat sealing, indicating that the shortening of the processing time by appropriate raising of the sealing bar temperature is possible.     

燃气透平叶片表面颗粒沉积特性数值研究进展

污染物颗粒在燃气透平叶片表面及冷却通道内的沉积将影响透平叶片的冷却特性和安全服役寿命。国外许多研究机构对燃气透平叶片表面污染物颗粒沉积特性及其与叶片气膜冷却的相互作用机制进行了持续研究。本文首次系统总结了近年来燃气透平叶片表面污染物颗粒沉积特性数值研究进展,重点介绍了燃气透平叶栅流道内污染物颗粒的沉积机制、颗粒沉积和脱离物理模型以及颗粒沉积与透平叶片冷却特性相互作用的数值模拟方法和研究成果。基于当前研究热点和发展趋势,结合作者的研究经历,指出了国内在研发先进燃气轮机透平冷却结构时应注意的问题和方向,为高效、燃料适应性更广的燃气轮机技术自主开发奠定基础。     

基于面元法的水平轴风力机数值模拟

使用基于速度面元法的势流数值模拟方法,以NREL PhaseⅥ为例进行了叶片气动载荷和风轮近尾流场的数值模拟。将势流数值模拟、叶素动量理论和计算流体力学CFD方法的计算结果与实验数据进行了对比分析。结果表明使用速度面元法计算风轮绕流场具有较高的计算精度和求解效率,为大规模风力机群的流场计算和出力预报提供支撑。     

S型叶尖小翼对风力机流场特性影响的研究

在额定尖速比下,结合滑移网格的大涡模拟方法,对有无叶尖S型小翼的三叶片水平轴风力机流场特性进行了数值研究,结果表明:加装S型小翼后,改善了风轮上游的速度及压力分布情况,汲取了更多的风能;风轮压力面及吸力面的最大压差由1359 Pa提高到1756 Pa,使风轮功率放大;叶尖涡结构扩展规律与PIV(Particle Image Velocimetry)实验结果一致,叶尖涡轴向速度由15.6 m/s降低到了13.3 m/s,涡漩能量减少,叶尖涡涡量强度减弱,降低了气动噪声。     

多元多项式混沌法在随机方腔流动模拟中的应用

本文介绍了多元多项式混沌方法,采用此方法对随机层流Navier-Stokes方程进行求解,模拟了同时存在多个不确定因素影响的二维方腔驱动流。研究了当上下边界驱动速度和流体黏性系数为服从高斯分布的随机变量时所引起的流动结构的不确定性,着重分析了流场速度的统计特性,并与蒙特卡洛方法的计算结果进行了对比,对多项式混沌方法的结果进行了验证和确认。研究结果表明多项式混沌方法可以准确高效地模拟多个不确定性在流场中的传播,与蒙特卡洛方法相比体现出明显的优势。