动叶具有缩放型流道的涡轮级效率特性分析

针对一动叶采用缩放式叶型设计、以无导叶对转涡轮为应用背景的涡轮级,通过数值模拟进行研究发现,在设计换算转速下,该涡轮级效率特性呈现"双峰僧'的特点。随着落压比增大,首先动叶进气攻角由负变为零,效率升高并达到极大值;其后,动叶流道内形成正激波,其自身产生波阻并在吸力面引起边界层分离,效率下降;随后,该激波向下游移至叶片尾缘,尾迹损失明显增加,加上波阻、边界层分离的综合作用,效率达到极小值;然后,该激波演变为尾缘斜激波,自身波阻减小,而且它在吸力面引起的边界层分离消失,流道内总体损失下降,效率又会上升并在设计点附近达到极大值;其后,该激波波前马赫数不断增大,波阻损失随之增加,同时尾迹损失也持续增加,效率又会下降。结果显示,高负荷跨音工况下激波与边界层干扰引起的边界层分离损失以及动叶高出口马赫数时尾缘区域的损失(包括波阻损失和尾迹损失)占总体损失的至少1/2以上,在设计优化过程中应重点关注与之相关的动叶吸力面扩张段和叶片尾缘区域。     

离心压气机叶排间涡脱落及气流脉动行为研究

对某一带叶片扩压器跨声速离心压气机内部三维非定常流场进行了数值模拟,依据计算结果描述了叶轮叶片尾缘尾迹涡脱落行为,给出了叶轮尾缘脉动压力频谱特性图和叶轮出口位置脉动速度动能分布图。研究结果表明,主叶片与分流叶片尾缘尾迹涡脱落过程交替进行;转静干涉和转子叶片尾缘的涡脱落行为是造成叶轮尾缘气流脉动行为的主要原因,随着时间的...     

叶片尾缘掠型对离心压气机特性影响研究

针对叶片尾缘掠型对离心压气机特性影响开展了数值仿真与试验验证的研究工作,详细分析了尾缘掠型对压气机特性的影响规律和压气机叶轮内部流动特征,研究结果表明:尾缘掠型能够提升压气机出口的总压,使离心压气机压比变高,自由掠叶型相比于斜掠叶型,压比会进一步提升.叶片尾缘掠型能够有效抑制尾缘流动分离与叶间泄漏效应的结合效果,降低流...     

可调导叶向心涡轮转子叶片压力波动激励机制

论文以实际应用中出现破裂的向心涡轮为研究对象,研究导流叶片尾缘激波、导流叶片叶尖间隙泄漏流动以及导流叶片尾迹对转子叶片表面压力波动的干涉作用,定性确定这三种因素在转子叶片表面压力波动中所占比重大小,发现激波和导流叶片叶尖间隙泄漏流动所诱导的转子叶片压力波动位置。结果表明,激波和导流叶片叶尖间隙泄漏流动是导致转子叶片表面压力波动的主要因素;受向心涡轮叶轮进口形状的影响,激波只是和转子叶片前缘附近的吸力面发生作用,导流叶片开度减小,激波强度增大,转子叶片压力波动幅值明显增大;导流叶片叶尖和叶根间隙泄漏流动会导致转子叶片吸力面叶尖和叶根的压力波动明显增大,是转子叶片前缘叶尖发生高周疲劳的主要原因.     

楔形通道换热三维数值模拟

对涡轮叶片尾缘针肋通道的换热进行了数值模拟研究。为了研究冷却叶片尾缘处正压面与背压面楔角对换热和流动的影响,在Re=1.0×104-1.0×105进行了稳态湍流三维数值模拟;为了研究冷却叶片尾缘扰流柱上下两部分在流动方向错位的距离对通道传热和流动的影响,在针肋顺排及Re=2.0×104的情况下进行了稳态湍流三维数值模拟。得出了平行通道最宜被采用以及针肋错位通道中随着针肋错位距离的增加通道的换热和压力损失都增加的结论。     

离心压缩机弯道最佳r/b值研究

本文将叶轮、无叶扩压器和弯道组合一起对弯道进行研究,充分考虑了叶轮出口的射流/尾迹结构对弯道进口气流的影响.通过对不同弯道半径r与流道宽度b的比值r/b条件下,数值研究其对离心压缩机基本级气动性能的影响.对弯道内部流动及r/b值变化与离心压缩机级的总体性能的变化关系进行详细的对比分析.研究结果表明:r/b值的变化对弯道出口气流角影响显著,并存在一个使级效率为最大值的最佳r/b值。壁面摩擦是引起弯道内部总压损失的主要因素。     

离心压缩机弯道最佳γ/b值研究

本文将叶轮、无叶扩压器和弯道组合一起对弯道进行研究,充分考虑了叶轮出口的射流/尾迹结构对弯道进口气流的影响.通过对不同弯道半径γ与流道宽度b的比值γ/b条件下,数值研究其对离心压缩机基本级气动性能的影响.对弯道内部流动及γ/b值变化与离心压缩机级的总体性能的变化关系进行详细的对比分析.研究结果表明: γ/b值的变化对弯道出口气流角影响显著,并存在-个使级效率为最大值的最佳γ/b值.壁面摩擦是引起弯道内部总压损失的主要因素.     

双射流结构环量控制涡轮叶栅的性能

对将双射流引入高压涡轮导向器叶栅进行了二维数值研究。在叶栅出口为高亚声速和超声速条件下,对三种具有不同曲率尾缘的环量控制叶栅,采用在吸力面和压力面各加一股射流的双射流方式对叶栅的气动性能进行探讨。结果表明:叶栅出口气流马赫数为0.6和1.1时,采用双射流方案取得了好于单射流的出口气流角和膨胀比,但由于多加了一股射流,能量损失有所增加;马赫数为0.85时,单射流结构的环量控制涡轮叶栅气动性能已经比较好,再加入一股射流对叶栅的气动性能没有明显改善;双射流条件下,压力面射流后方存在低压区,使得在叶栅尾缘曲率较大时,吸力面射流也保持了较好的附壁效果。     

双射流结构环量控制涡轮叶栅的性能EI北大核心CSCD

对将双射流引入高压涡轮导向器叶栅进行了二维数值研究。在叶栅出口为高亚声速和超声速条件下,对三种具有不同曲率尾缘的环量控制叶栅,采用在吸力面和压力面各加一股射流的双射流方式对叶栅的气动性能进行探讨。结果表明:叶栅出口气流马赫数为0.6和1.1时,采用双射流方案取得了好于单射流的出口气流角和膨胀比,但由于多加了一股射流,能量损失有所增加;马赫数为0.85时,单射流结构的环量控制涡轮叶栅气动性能已经比较好,再加入一股射流对叶栅的气动性能没有明显改善;双射流条件下,压力面射流后方存在低压区,使得在叶栅尾缘曲率较大时,吸力面射流也保持了较好的附壁效果。     

端壁叶间装配缝尾段泄漏流气膜冷却特性

为了揭示端壁装配缝几何参数对叶片尾缘下游部分的气膜冷却特性影响机理,本文对GE-E~3直列叶栅中的装配缝气膜冷却特性进行了数值模拟研究。研究发现槽缝几何参数对叶片尾缘的冷却特性具有较大影响。装配缝两侧端壁中,靠近吸力面端壁低于另一侧端壁对提高端壁气膜有效度具有有利作用。双侧切角结构虽然提高了靠近装配缝区域的气膜有效度,但增大了冷却盲区。装配缝结构应以靠近吸力侧偏低的几何关系和提高冷却出流速度为目标进行设计和优化。     

对转超音压气机低压转子尾迹对高压转子的作用研究

本文采用数值方法针对对转超音压气机转子叶片排间的相互干涉效应进行了研究,分析了超音转子在两级转子叶片排间具有三种不同轴向间距情况下的性能和前排转子叶片尾迹影响下的超音转子非定常特征。研究结果表明,轴向间距的增大使得尾迹在较长的间距内经过了较为充分的掺混,超音转子最大压比和最高效率随轴向间距的变大而增大;前排叶片尾迹的影响范围从超音转子叶片压力面直至吸力面,横贯整个叶片通道,较高叶展处的尾迹强于较低叶展处;横贯超音转子通道内的低压动叶尾迹先后与斜激波和正激波相互作用,尾迹区内熵进一步增大,并且由于尾迹区的传播速度由主流速度决定,尾迹在通道内继续向下游传播且传播显著延迟于通道外。     

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.     

扩压叶栅出口近端壁区域流动结构和紊流特性

用三维激光多普勒测速技术测量了扩压叶栅出口近端壁区域的流动结构和紊流特性。实验结果表明,气流流出扩压叶栅出口后,吸力面和压力面的通道涡将在较长的距离内保持其形态和强度,但是尾迹的形成及尾迹在压力的作用下向吸力面方向的偏斜成为了这一阶段的主要流动现象。通道涡、尾迹和尾迹的运动对亲流量的分布规律具有决定性的影响。随着流体向下游运动,尾迹区内雷诺正应力分量的衰减和扩散均比雷诺切应力快。而通道涡区域紊流量的值则变化不大。     

前缘加微小平板对压气机叶栅气动性能的影响

随着叶轮机械技术的发展,抑制叶栅内流动分离的研究已成为叶轮机械气体动力学的一个重要方向。本文在叶栅翼型NACA 64-A905前缘附近加装微小平板来抑制叶栅流动分离,在不同进口马赫数条件下研究了微小平板长度及安装位置对压气机叶栅气动性能的影响。结果表明:叶栅气动性能对微小平板长度和位置变化十分敏感,在叶栅翼型前缘点吸力面正上方合适位置处加装长度为3%～6%弦长的小平板后,可以有效抑制流动分离,失速工况下叶栅气动性能得到显著提高,总压损失系数最大可降低43.5%;当Ma大于0.6时,流动控制效果减弱,叶栅总压损失系数增大。     

离心叶轮内三维湍流流场的实验研究

利用多普勒激光测速仪对闭式后弯离心叶轮内三维湍流流场进行了实验研究。叶轮在带有无叶扩压器的通风机内运行。对整个流道内各流面的测点进行了详细的数据采集和统计．由得到的测量结果,分析了叶轮内回转面、径向面上主流速度的分布及发展趋势,气流角由叶轮进口向出口、由压力侧向吸力侧的变化规律、以及叶轮出口处二次旋涡流动等流动特性。     

多参数对叶顶气膜冷却的影响

基于压力敏感漆(PSP)实验技术,本文研究了某F级重型燃机一级动叶平面叶顶和凹槽叶顶在不同冷却射流与主流质量流量比,不同密度比和不同叶顶间隙大小等多参数影响下的气膜冷却特性。平面叶顶冷却射流在气膜孔后往吸力面覆盖,凹槽叶顶在槽内形成回旋涡,冷却射流往压力面覆盖并向尾缘形成累积效应。平面叶顶和凹槽叶顶气膜冷却效率均随质量流量比的增大而增大。密度比增大,冷却射流出口动量减小,抑制了叶顶气膜垂直射流的吹离趋势,从而提高气膜冷却效果。叶顶间隙与叶顶形状、质量流量比等参数对气膜冷却效率有关联影响;间隙增大,气膜冷却效率在不同工况下的表现不同。另外凹槽叶顶的整体气膜冷却效果优于同等条件的平面叶顶。     

无导叶对转涡轮三维流场的非定常数值模拟

为了揭示1 1／2(无低压导叶)对转涡轮流场的非定常流动特性,运用全三维粘性流场计算程序对某1 1／2对转涡轮模型级的流场进行了非定常数值模拟。结果表明,非定常计算可以获得比定常计算更为丰富的流场信息;非定常效应具有逐级累积的趋势;高压导叶压力面叶表静压展向分布比吸力面均匀;高低压动叶压力面和吸力面叶表静压的展向分布不均匀;高压动叶的负荷随叶高的增加而增大;高低压动叶出口气流角沿整个叶展均较大地偏离轴向,说明高低压涡轮的功负荷较高,在出功量上达到了设计目标。     

离心叶轮局部粗糙度对其气动性能的影响

离心叶轮的气动性能对压缩机整体性能具有重要影响。为了研究局部表面粗糙度使离心叶轮性能恶化的程度及其作用机理，本文采用数值模拟方法将Krain叶轮的流道表面划分成若干区域，并设置不同方案在局部施加粗糙度进行研究。结果表明：粗糙的叶片比粗糙的轮盘和轮盖更能使叶轮性能发生恶化，设计点级的等熵效率比光滑条件下降2.466%，总压比下降了6.266%，同时阻塞流量降低了2.227%；轮盖粗糙度通过改变叶顶间隙泄漏流来改变叶片载荷分布；前缘粗糙度加大了边界层和激波相互作用的程度使流道更容易阻塞；叶轮性能对吸力侧粗糙度比对压力侧更敏感。     

1+1/2对转涡轮高压动叶气膜冷却数值研究

对1 1/2对转涡轮高压动叶设计了冷却方案,在高压动叶前缘滞止线,压力面和吸力面分别开设了冷却孔,并对冷却方案进行了三维数值模拟.为了研究变工况下,高压动叶气膜冷却性能,对三种典型的工况进行了详细的数值模拟.研究了不同转速对高压动叶前缘冷却效果的影响,以及吹风比对高压动叶前缘气膜冷却效果的影响;给出了前缘、压力面、吸力面冷气射流的流动特征;分析了冷气喷射对高压动叶型面马赫数,型面压力的影响.最后探讨了高压动叶吸力面后部70%轴向弦长处冷气喷射对高压动叶通道内波系结构的影响.     

冷气喷射对直叶栅型面压力及气动损失分布影响的实验研究

提高燃气涡轮比功率，降低比油耗要通过升高涡轮入口温度和压气机压比实现，但必须对涡轮叶片实施诸如气膜冷却等保护措施。Ito和Goldstein[1]，Yamamoto[2]等分别研究了冷气喷射对在叶栅气动性能的影响。本文通过实验研究了冷气喷射对叶型型面压力和叶栅流道内气动损失的影响，并得出了一些有意义的结论。1实验装置实验在哈尔滨工业大学发动机气体动力研究中心低速风洞实验台[3]上进行。图1及表1给出了实验用叶片型线（取自一典型涡轮导向器叶型），冷气喷射孔位置及静压孔分布。叶片表面前缘、吸力面后部和压力面后部开了三列孔，每列孔…