旋转离心叶轮与叶片扩压器间耦合流动的数值分析

以离心压气机内部动静部件耦合的非定常流场为研究对象，本文提出了动静耦合统一正命题型式，采用κ－ε紊流模型、同步计算动静耦合流场的方法，分别对下同流量工况下离心叶轮与叶片扩压器内部非定常流动进行了数值计算。计算结果与激光多普勒测量结果进行了比较：在设计工况下，离心叶轮与叶片扩压器相互匹配较好，而在非设计工况下，流道内流动趋向恶化。说明计算结果是有一定的可信度；计算结果同时说明，只有采用非定常算法，才有可能较好地描述动静部件耦合的流场。     

小流量条件下汽轮机多级三维粘性流场的数值分析

1绪言小流量条件下汽轮机内部流动具有比设计条件下更为复杂的特征，最突出的表现是随冲角的增大而出现的分离流、先速流。这种流态不仅影响汽轮机的运行效率，更重要的是它还与汽轮机的安全可靠性密切相关，它可能诱发叶片的失速颤振而使叶片断裂。虽然大的负攻角所引起的本级叶片的脱流现象已成共识，但对小流量条件下汽轮机内部流动的认识只有一些实验观测到的现象和二维的数值分析，并且只限于末级叶片。在文献＊中，我们对某一汽轮机低压缸末级和次末级叶片在0．35小流量工况下的两级流场进行了三维粘性数值分析，计算得到的分离流态同…     

扩压形式对离心压气机性能影响

对采用无叶扩压器、叶片扩压器以及串列叶片扩压器的车用增压器离心压气机内部流动进行了数值分析,研究了不同扩压形式对压气机性能的影响。结果表明,低稠度叶片式扩压器在设计工况点附近可以有效提高压气机效率;串列式叶片扩压器则可以改善叶片扩压器流量范围减小的问题。在小流量工况下,气流角与设计工况不同,攻角增大,使得流动分离加剧,损失变大。通过调节叶片安装角可以减小气流攻角,改善压气机性能。基于本文研究结果,可以为全可调离心压气机的设计和调节策略的研究提供理论依据。     

三级离心压缩机非定常流动与交变应力的数值研究

以三级天然气离心压缩机为研究对象,采用非定常流动和流固耦合方法,研究了离心压缩机在三种转速、多个流量工况下的内部非定常流动和叶片交变应力。研究表明:流场关键监测点处的压力脉动以叶片通过频率为主,在偏离设计工况下压力脉动频率成分较复杂,但是以叶片通过频率为主导;同一工况下,监测点压力脉动幅值逐级增加;同一转速下,随着流量增大,叶片交变应力幅值呈现出先减小后增加的趋势,并且随着转速提高而增大。     

多级轴流压气机全工况特性计算

本文使用三维粘性流动计算软件Fine／Numeca,对某十五级轴流压气机进行了内流流场和全工况特性的数值计算尝试。分析了该压气机在设计工况和非设计工况的性能,同时把整机计算结果和前七级叶片的计算结果进行了比较。计算结果表明,当计算的级数较少时,目前的软件和硬件平台可以比较合理地预测压气机的全工况特性;而当计算的级数较多时,准确的数值模拟仍需要更为准确的多级模型和数值方法。     

向心透平级叶轮内三维复杂流动的数值研究

对向心透平叶轮内部复杂流动在级环境下进行了全三维黏性数值模拟,结合拓扑学原理分析了设计工况和非设计工况下其内流动分离及各种涡系发展的演变过程,初步建立了向心透平叶轮内的旋涡模型,阐述了流动损失的形成机理。研究表明:向心透平叶轮内部涡系与轴流式透平存在较大差别,且流动分离及涡系主要集中在吸力面侧;设计工况下向心透平叶轮内的主要旋涡包括马蹄涡、通道涡及泄漏涡,其主要表现为通道涡与泄漏涡相互影响和掺混,是主要损失的形成原因;非设计工况下,主流在叶轮叶片前缘处发生大范围的分离及回流,造成了较大的能量损失,但二次流损失所占比例较小。     

一种用涡代替叶片作用的反问题计算

一种用涡代替叶片作用的反问题计算陈乃祥，叶失海，罗先武，林汝长（清华大学水电系）一、绪言本文在周向均匀，流动无粘性、叶片无厚度假设下，用涡代替叶片作用，采用Ｃｌｅｂｓｃｈ转换得到流速表达式，在轴面上给定环量分布的条件下进行转轮叶片设计，在得到所设计叶...     

前缘弯掠影响子午加速风机内流的研究

本文采用三维Navier-stokes方程和k-ε两方程湍流模型,对前缘弯掠子午加速风机的内部流场进行数值分析。通过实验数据、设计参数与计算结果对比,验证数值方法模拟该转子内流场的可靠性。研究揭示了前缘弯掠叶轮的流动机制:前缘弯掠叶轮消除了基准叶轮前缘存在的回流,将端壁区域的低能流体吸收到叶片中部高能主流中,减弱了端部低能流体的聚集,从而减弱了流动损失和流动阻塞,前缘弯掠叶轮出口尾迹衰减比基准叶轮快。证明前缘弯掠改善了叶轮内流及前缘弯掠设计的有效性。发现弯掠叶片的静子在小流量工况,其叶片吸力面附近端壁的低能流体被主流携带往下游的二次流特征,改善了小流量工况下静叶的内流状态。     

高负荷叶栅角区分离的叶片端区开槽实验研究

为了契合新一代高负荷压气机的发展需求,基于我们课题组前期提出的叶片端区开槽重构端区流场的新思路,进一步完善了槽道设计方法,并对一高速高负荷叶栅(扩散因子0.55)的角区流动控制进行了实验研究。首先基于控制理念及数值模拟的优化结果,得到了端区20%叶高开设两个槽道的控制方案;进一步采用实验测量了在马赫数0.59来流条件下多个不同攻角时叶片端区开槽的控制效果。结果表明,叶片端区开槽可有效重构叶片端区流场,抑制高负荷工况下开式分离的产生,改善多工况下叶片的气动性能,提高叶片的负荷承载极限;槽道出口产生的射流具有工况自适应性,可有效拓宽叶片有效工作攻角范围。     

基于转轮人口流动的最优导叶开度预测

灯泡贯流式水轮机有可调节开度的活动导叶和转轮叶片,活动导叶安装角α_G与转轮叶片安装角（?）_R的组合有无限多种。本文目的在于:通过CFD（计算流体力学）能够于设计阶段预测α_G和（?）_R的最佳组合（即协联工况角）,以最大程度提高设计的水力性能及特性。论文使用速度矢量、欧拉能量因子、压能因子和总能因子等讨论活动导叶、转轮、尾水管的内部流动状况,阐明协联工况下转轮开度（?）_Rcam对最佳的活动导叶开度α_Gcam的影响,提出基于转轮叶片入口相对流动角预测协联工况下活动导叶最优开度的机理及方法。推导提出的预测式可用于CFD解析结果也可用于设计初期时使用,研究成果可为转轮优化设计提供可靠的技术支持。     

透平级非设计工况气动性能的数值模拟

采用新型 ＬＵ隐式格式和改良型高阶 ＭＵＳＣＬ ＴＶＤ格式求解全三维雷诺平均的 Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和 ｑ－ｗ低雷诺数双方程湍流模型,对一台ＮＡＳＡ跨音单级透平在不同工况下的内部流场进行了详细的数值模拟,并与可能得到的实验结果进行了对比。总结了小流量工况下动叶内部流动的分离模式。     

汽轮机湿蒸汽级中凝结流动的三维数值分析

对一台凝汽式汽轮机低压末三级中的湿蒸汽自发凝结流动进行了三维数值分析,并与忽略自发凝结影响的流动计算结果进行了比较。结果表明,自发凝结流动中,湿蒸汽级组内焓降在各级之间的分配、各级反动度、级的工作压力范围、叶栅出口气流角和出口气流速度发生明显变化。各湿蒸汽级处于“变工况”运行状态,部分湿蒸汽级内流动状况显著变差,并导致叶片强度与振动方面安全性降低。除非平衡凝结损失外,凝结导致湿蒸汽透平级“变工况”运行是湿蒸汽级效率降低的重要原因。     

低温空气制冷系统中板翅换热器性能实验研究

对低温空气制冷系统中的散热器、回热器性能进行实验研究,测量不同工况条件下两个锯齿形板翅式换热器的换热效率及系统性能,分析了换热器低压侧和高压侧的空气流量对换热器及系统性能的影响。结果表明:(1)散热器低压侧空气流量是影响其效率的主要因素;(2)回热器效率随其低压侧空气流量的增大而增大,随其高压空气流量的增大而减小;(3)高压空气流量是影响制冷量的主要因素;在其它工况参数不变的条件下,高压空气流量增大7.9%,制冷量最大增加14.5%。     

非设计工况下1＋1／2对转涡轮性能研究

为了研究和改善1 1/2对转涡轮性能,本文对1 1/2对转涡轮两种转速下不同落压比共16种工况进行了数值研究,并与实验结果进行了对照.结果表明近设计工况下计算结果和实验值吻合较好.1 1/2对转涡轮出口背压对高压转子性能影响较小,对低压转子性能影响较大,这导致变工况下1 1/2对转涡轮高低压轴出功比变化较大.通过对某典型非设计工况和设计工况下的流场结构的分析发现非设计工况下1 1/2对转涡轮高压动叶中发生了明显的流动分离.高低压动叶不能很好地匹配,需要采取合理的流动控制措施去改善已有1 1/2对转涡轮的变工况性能.     

An experimental study on the effects of relative rotation direction on the wake interferences among tandem wind turbines

An experimental study was conducted to investigate the effects of relative rotation direction on the wake interferences among two tandemwind turbines models.While the oncoming flow conditions were kept in constant during the experiments,turbine power outputs,wind loads acting on the turbines,and wake characteristics behind the turbines were compared quantitatively with turbine models in either co-rotating or counter-rotating configuration.The measurement results reveal that the turbines in counter-rotating would harvest more wind energy from the same oncoming wind,compared with the co-rotating case.While the recovery of the streamwise velocity deficits in the wake flows was found to be almost identical with the turbines operated in either co-rotating or counter-rotating,the significant azimuthal velocity generated in the wake flow behind the upstream turbine is believed to be the reason why the counter-rotating turbines would have a better power production performance.Since the azimuthal flow velocity in the wake flow was found to decrease monotonically with the increasing downstream distance,the benefits of the counter-rotating configuration were found to decrease gradually as the spacing between the tandem turbines increases.While the counter-rotating downstream turbine was found to produce up to 20%more power compared with that of co-rotating configuration with the turbine spacing being about 0.7D,the advantage was found to become almost negligible when the turbine spacing becomes greater than 6.5D.It suggests that the counter-rotating configuration design would be more beneficial to turbines in onshore wind farms due to the smaller turbine spacing(i.e.,~3 rotor diameters for onshore wind farms vs.~7 rotor diameters for offshore wind farms in the prevailing wind direction),especially for those turbines sited over complex terrains with the turbine spacing only about 1–2 rotor diameters.     

燃用低热值煤气的联合循环仿真及热经济分析

本文基于Aspen plus软件对燃用低热值煤气的燃气蒸汽联合循环系统进行了模拟仿真。在该仿真平台上对系统设计工况进行了计算验证。在设计工况下,燃气透平进口温度为1000～1050℃,模拟计算结果为1016.2℃。燃气透平出口温度设计参数为517.2℃,模拟结果为519.2℃。结果表明仿真模型能够准确模拟系统稳态情况的各种工况。本文还运用矩阵模式热经济学的方法对系统设计工况下的（?）流成本进行了计算分析,对系统进行了技术经济评价。燃气轮机和蒸汽轮机电能耗费的能量成本分别为22.2,24.06和16.64$·GJ^-1。     

主导因素法在燃气轮机建模中的应用

燃气轮机具有效率高、排放低、启停迅速、能量密度高等优势,在我国能源结构改善中起重要作用,天然气的大规模利用也为我国燃机技术的应用提供了机遇.而燃气轮机集成度高,高温部件工作环境恶劣,使得电站燃气轮机测点少,可获取现场运行数据有限.本文采用了主导因素法,基于MATLAB平台,建立了简单循环单轴燃气轮机数学模型,并以某典型...     

燃气轮机燃烧室燃烧天然气和燃烧中低热值煤气的比较

本文使用商业软件FLUENT,对某燃气轮机燃烧室燃烧大然气和燃烧中低热值煤气进行了比较。原本燃烧天然气的燃烧室直接改为燃烧中低热值煤气,会产生燃料射流速度太快的问题,使阻燃孔失效,火焰太长,高温燃气直接冲击下简壁出口。仅仅增大燃料喷嘴口径可以在一定程度上改善燃烧室内流动结构,使掺混孔起一定的作用,气膜冷却射流也将高温区抬离了下简壁。     

Numerical investigation of the variable nozzle effect on the mixed flow turbine performance characteristics

There are various matching ways between turbocharger and engine, the variable nozzle turbine is the most significant method. The turbine design must be economic with high efficiency and large capacity over a wide range of operational conditions. These design intents are used in order to decrease thermal load and improve thermal efficiency of the engine. This paper presents an original design method of a variable nozzle vane for mixed flow turbines developed from previous experimental and numerical studies. The new device is evaluated with a numerical simulation over a wide range of rotational speeds, pressure ratios, and different vane angles. The compressible turbulent steady flow is solved using the ANSYS CFX software. The numerical results agree well with experimental data in the nozzleless configuration. In the variable nozzle case, the results show that the turbine performance characteristics are well accepted in different open positions and improved significantly in low speed regime and at low pressure ratio.     

基于LBM方法的风力发电机尾流结构仿真

针对传统CFD数值计算方法难以实现风力机动态旋转及其旋转状态下的流固耦合计算,本文结合格子玻尔兹曼(LBM)方法易于处理动态复杂边界的特点及大涡模拟(LES)方法在非稳态涡流结构捕捉上的优势,采用LBM-LES联合方法进行三维风力发电机整机气动性能及尾流结构仿真研究,同时采用尺度自适应方法对尾涡结构进行跟踪和精细化计算。针对NREL PhaseⅥ型试验机进行模拟,得到了与实验结果吻合的流动形态及尾流结构演变规律,分析了尾流区速度演变规律并对比了不同亚格子湍流模型对计算结果的影响.