动静叶栅优化改型及其性能分析

本文对动静叶栅分别进行优化改型,并对改型前后叶栅的气动性能进行数值分析。动静叶栅的优化改型基于正反问题相结合的流函数方法,性能分析一方面基于单排叶栅定常粘性流动的数值计算,另一方面基于动静叶栅相互干扰非定常粘性流动的数值计算。算例结果表明,经过优化改型后的动静叶栅的气动性能,无论在定常流动条件下还是在非定常流动条件下,相比改型前均有较大幅度的改善。     

任意回转面上可压缩流动透平叶栅壁面最佳流速分布的计算方法

本文在边界层理论分析和叶栅损失计算的基础上,应用“最优控制论”方法,首先提供一个二元不可压稳定流动叶栅壁面最佳流速分布的理论计算方法,然后推广到可压缩流动的任意迴转面上。同时还证明了经推广后仍然是叶栅壁面的最佳流速分布。     

超跨声涡轮叶栅尾缘激波系流动研究

本文通过分析超跨声涡轮尾缘波系的流动机理给出了详细的尾缘激波系流动图画,强调了尾缘分离激波的重要作用.经过分析,认为基底区压力是通过影响基底区宽度来影响涡轮叶栅尾缘激波强度的.最后将上述机理应用到某叶栅S1计算程序的改进工作中,数值计算和叶栅试验结果表明,改进工作有效提高了该程序对超跨声涡轮叶栅尾缘激波流动的模拟能力.     

涡轮叶栅流动分离涡模拟验证研究

本文采用DDES模型分析透平叶栅内部亚音速和跨音速流动。DDES模型能有效且较精确地计算亚音速流动,但计算跨音速流动时,出现修正函数f_d"保护"边界层功能失效的问题,极大地降低了计算精度;人为设定RANS和LES计算域,保证边界层完全被RANS计算域覆盖,计算结果得到很大改善。     

弯叶片对压气机叶片表面流动稳定性影响研究

本文研究了压气机叶栅中采用弯叶片对叶片表面流动稳定及转捩的影响.以风洞测得的叶片表面静压实验数据为基础,通过求解Falkner-Skan方程,获得不同来流马赫数下叶片边界层内气动参数.将以上结果作为边界层的平均流动值,结合数值离散化的正交曲线坐标系线性抛物化稳定性方程(PSE),对边界层流动的稳定性进行特征值分析.计算结果表明,在压气机中采用弯叶片,可改善叶栅吸力面两端区边界层的流动,但同时会恶化叶栅吸力面中部边界层流动的稳定性;合理地匹配选择叶片的弯向与弯量,才能有效地提高扩压叶栅的整体流动稳定性.     

单圆弧直列扩压叶栅中三维湍流流动的数值计算

本文采用k-ε湍流模型,应用了“抛物化”的方法,对直列扩压叶栅中三维湍流流动进行了数值计算。与“准层流”模型计算及实验结果比较表明,在叶栅的湍流流动计算中,κ-ε模型将是比较适合的。     

任意迴转面叶栅超声速进口流场特征线法计算机程序和唯一进气角的确定

根据吴仲华提出的基本方程,采用特征线法,对任意迴转面叶栅超声速进口流场的计算编制了计算机程序.计算中特征线方程中的系数是采用特征线两端的平均值,因而需要进行迭代.为了提高计算精度,并提出了一种最近三点二元插值法.叶栅前缘脱体激波的形状和位置是采用Moeckel提出的近似方法确定的.为了满足叶栅流动周期性条件,在计算中对叶栅各个通道进行逐个计算,直到相邻通道中流动情况相同为止.根据守恒条件,确定了无限远来流状态.最后讨论了根据这些计算确定唯一进气角的方法,并给出了计算实例.     

机匣与叶顶蜂窝密封对涡轮叶栅顶部泄漏流动的影响

本文采用数值计算方法研究了机匣蜂窝和叶顶蜂窝对涡轮叶栅动叶顶部间隙泄漏流动特性及其损失产生和分布的影响。结果表明:相比于常规无蜂窝密封的叶栅,机匣蜂窝和叶顶蜂窝在间隙泄漏流动的抑制方面都有积极的效果,相对间隙泄漏量分别降低了52%和8.2%;由于机匣蜂窝与主流的接触面积较大带来额外损失,使得涡轮叶栅出口损失增加了约2.66%,而叶顶蜂窝内叶栅出口损失减少了1.87%。     

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.     

根部开槽对叶栅三维角区分离的控制研究

三维角区分离是压气机静子叶栅中固有的流动结构,对压气机性能有着重要的影响。本文对一PVD叶栅和一NACA65叶栅,在分析其通道内流动机理的基础上,提出了在叶片根部从压力面向吸力面开槽的控制角区分离的方法。数值研究了槽道出口位置对PVD叶栅性能及角区分离的控制作用,发现在保持槽道其他参数不变的情况下,存在一最优位置使得叶栅攻角特性最优;结合计算及实验测量的方法,验证了NACA65叶栅中叶根开槽控制角区分离的有效性。两个叶栅研究结果表明:叶根开槽可有效控制角区分离,减小叶栅损失,增大叶栅扩压能力,拓宽叶栅可用攻角范围。     

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.     

变工况非定常叶栅绕流数值仿真

采用离散涡方法数值仿真了不同来流攻角下,固定与动边界叶栅绕流。在设计工况时流动接近定常流动。而变 工况时流动具有明显的非定常特征。特别是当攻角较大时,流场中存在着激烈分离,流动具有不稳定性。分离流动与旋涡 的分布息息相关。当来流角从20°到60°逐渐增大时,前驻点从背面经前缘点向腹面移动。固定叶栅与振动叶栅时的绕流 有明显的不同。振动叶栅绕流,流体决不是简单地随叶栅作同样的振动。     

跨音叶栅中真实流动的数值试验

一、引言 研究叶轮机械叶栅内部真实流动,在工程上具有重要意义.迄今已有不少完全的和简化的二维Navier-stokes方程数值解法,近年来国内这方面也做了不少工作,但适用于跨音叶栅中流动的还不多见.本文提出了一种在跨音叶栅中求解完全的N-S方程的全隐式时间推进有限差分计算方案,湍流模型采用二层代数涡旋粘性模型.     

不同间隙下叶尖小翼对高亚声速扩压叶栅气动特性的影响研究

为了全面探究压力面小翼对于叶顶间隙流动的影响机理,通过数值模拟软件ANSYS CFX对高亚声速不同间隙下的常规叶栅和压力面侧具有不同叶尖小翼的扩压叶栅进行了数值计算.结果表明:在进口气流速度Ma=0.7时,与常规叶栅相比,T=1%h、τ=2%h及τ=3%h三种间隙高度下的不同宽度压力面小翼都可以削弱泄漏涡的强度,控制间隙流动,降低扩压叶栅的流动损失,最佳小翼方案随着间隙变化有所不同,当τ=3%h,压力面小翼展现了最明显的改善效果,在压力面小翼的宽度为常规叶栅叶顶宽度的1.5倍时,与同间隙下的常规叶栅相比,总压损失系数降低了9.2%.     

间隙大小对高负荷压气机叶栅流动特性的影响

在低速平面叶栅风洞中,对不同间隙大小条件下的高负荷压气机叶栅流动特性进行了实验研究。实验采用五孔气动探针测量了叶栅出口截面参数,得到了该截面的二次流速度矢量分布,并对叶栅下端壁和叶片表面进行了墨迹流动显示.结果表明,叶顶间隙的增加加剧了间隙泄漏流动与通道涡的相互作用和掺混,导致叶栅流道内的二次流结构和形态发生改变;增加叶顶间隙可完全抑制吸力面角区分离,但被间隙泄漏流动带走的低能流体被带到尾缘及其下游位置,加剧了相应位置的流动分离;间隙泄漏流动将引起叶栅总损失的显著下降,损失的大小并不一定与间隙大小成正比.     

压气机环形叶栅中应用吸力面翼刀的数值研究

对CDA环形叶栅和6种不同叶展高度安装吸力面翼刀的叶栅三维黏性流场进行了数值模拟,结果表明:各翼刀方案的叶展中部流动状况均较原型叶栅有一定改善,叶栅能量损失系数随翼刀安装位置沿叶展高度的增加先降低后增加。在计算范围内,翼刀安装在叶展高度为20%叶高的方案可使分离线高度显著降低。翼刀涡的形成、发展和变化受翼刀-端壁间气流流动情况和翼刀安装高度的影响,翼刀涡与通道涡的相互作用因翼刀安装高度而异。     

非设计工况下动静叶相互干扰的非定常流动特性

本文对非设计工况下动静叶栅相互干扰的非定常流动特性进行数值研究。非设计工况主要考虑大攻角下的分离 流动,动静叶干扰的非定常流动的数值求解在N—S方程的基础上采用分区计算的方法来完成。数值分析结果揭示了在分 离流动本身的非定常特性与动静叶栅相互干扰的非定常特性的双重影响下的流场情况。     

带除湿槽涡轮叶栅非平衡凝结流动数值研究

基于存在自发凝结的湿蒸汽两相流动,开发了基于汽液两相双流体模型和k-ε-k_p湍流模型的计算方法,并对喷管和二维叶栅进行数值验证,结果表明本文所开发的方法具有较高的可靠性。对某汽轮机末级除湿静叶考虑除湿槽结构的二维流场进行了数值研究,指出在叶片表面开设除湿槽结构,能够显著影响涡轮叶栅内的非平衡凝结流动。由于除湿槽对水滴的抽吸作用使得叶栅内成核率峰值降低,且变化幅度减小,因此成核过程更为稳定。除湿槽结构使得叶栅内部大水滴数目减少,尾迹区水滴平均半径减小,叶栅出口湿度下降。     

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.     

轴流压缩机叶栅内固体微粒沉积的数值研究

本文针对轴流压缩机叶栅内固体微粒沉积的问题,采用计算流体动力学(CFD)软件对压缩机叶栅内的气固两相流动进行了模拟。文中首先采用不同的湍流模型和不同的壁面处理方法计算了垂直圆管内固体微粒的沉积,并与实验数据进行了对比。在此基础上,研究了轴流压缩机叶栅内不同直径粒子在叶片压力面和吸力面的沉积规律;且研究了不同工况对粒子沉积的影响。