用有限元法计算透平叶片在离心力场中的振动固有频率

本文用三角形平板单元计算透平叶片的固有频率及固有振型,特别是计算了旋转叶片的动频率,在电子计算机上进行计算时,为减少计算工作量及节约所占内存,采用了以下的措施:建立节点的平均坐标,对刚度和质量矩阵进行降阶处理,用矩阵半三角存贮及一维压缩存贮等。这样在TQ-16类型的电子计算机(内存量8×4096)上可实现120个节点的有限元计算。     

任意旋成面叶栅气动正命题的一个新的近似解法

Stanitz提出的对任意旋成面叶栅气动正命题的第一种近似解法,只适用于稠度σ=B/t>1.2的叶栅。本文对Stanitz法作了改进,使之适合于稠度σ=B/t>0.6的叶栅,扩大了Stanitz法的使用范围,还推导了基本方程,并通过电子计算机用迭代法计算了例题,将所得的结果同Stanitz第一种近似解法进行了比较。     

任意旋成面叶栅内粘性流场的数值计算

介绍了一种用于任意旋成面叶栅内粘性流场计算程序。以有限体积显式时间推进方法为基础,用粘性体积力方法模拟湍流粘性流动,用局部时间步长和多重网格方法提高计算效率,方程中的自变量选取在控制体顶点。计算了Ｈｏｂｓｏｎ冲动式叶型内部流场,ＮＡＳＡ３７＃低展弦比跨音速压气机转子在两个叶高回转面上流场,Ｓａｎｚ超临界压气机叶栅内部流场。计算结果与实验结果和设计结果进行了比较,从而证明本方法能够快速、准确地模拟叶栅内部的二维流动和转子内部的三维流动。该方法是对全三维粘性流场计算程序的一个补充,具有较强的工程实用意义。     

任意旋成面叶栅的湿蒸汽绕流计算

提出了一个通过任意谈成面叶棚的湿蒸汽平衡态流动的简化模型。采用了积分一微分方程求解技术。给出了二个算例。     

轴向相对位置对串列叶栅气动性能影响的数值研究

轴向相对位置是影响串列叶栅气动性能的一个重要参数。在保证栅距方向相对位置不变的情况下,运用Numeca对串列叶栅进行数值模拟计算。对比所选取的5种轴向相对位置串列叶栅总体性能和细节流场,得出结论。合理地配置串列叶栅前后排叶片轴向相对位置,使其狭缝射流作用更为明显。逆压力梯度降低,附面层增长缓慢。二次流强度降低,前后排叶片尾迹掺混程度减弱,通流能力和扩压能力增强,总压损失降低。     

叶顶凹槽对燃气透平动叶气动性能及叶顶传热的影响

应用数值方法研究了燃气透平动叶顶部凹槽对动叶气动性能及叶顶传热的影响,计算求解稳态可压时均N—S方程,湍流模型采用标准k-∞湍流模型,总体求解精度为二阶．计算叶型为一个典型现代燃气轮机动叶片,叶顶凹槽深度取3％相对叶高,考虑了5种不同叶顶间隙的影响．结果显示：在凹槽内存在复杂的流动结构,相对平顶部动叶,凹槽能够显著降低叶顶泄漏流量,减小泄漏损失,尤其在大间隙时更为明显;在小间隙时采用凹槽状叶顶可以降低叶顶热负荷,而在大间隙时凹槽状叶顶的热负荷反而高于平顶的热负荷．     

叶顶凹槽对燃气透平动叶气动性能及叶顶传热的影响

应用数值方法研究了燃气透平动叶项部凹槽对动叶气动性能及叶顶传热的影响.采用商用计算流体力学软件CFX5.7求解稳态可压时均N-S方程组,湍流模型采用标准k-ù叫湍流模型,总体求解精度为二阶.计算叶型为一个典型现代燃气透平动叶片,叶顶凹槽深度取3%叶高,考虑了5种不同叶顶间隙的影响.结果表明:在凹槽内存在复杂的流动结构,相对平叶顶动叶,凹槽能够显著降低叶项的泄漏流量,减小泄漏损失,尤其在大间隙时更为明显;在小间隙时采用凹槽叶顶可以降低叶顶热负荷,而在大间隙时,凹槽叶顶的热负荷反而高于平叶顶的热负荷.     

透平动叶栅二次流涡系演变及气动特性的数值模拟

采用控制容积积分法和协调一致的求解压力耦合方程的半隐算法，数值求解了三维稳态时均N－S方程组，并应用可实现k-ε湍流模型，计算 低展弦比透平叶栅二次流涡系的演变特点及叶栅气动特性。计算结果与现有的试验结果吻合良好，表明所用的数值方法及湍流模型适用于模拟存在复杂涡系的叶栅流动，计算结果表明，与静叶栅相比较，由于动叶栅的折转角较大，且气流膨胀加速程度较小，通道内横向压力梯度对涡系的发展及叶栅的气动特性产生了更为显著的影响，使得马蹄涡压力面分支在叶栅流道进口区域即与端壁上的横向流动相融合，并很快发展成强度较大的通道涡，马蹄涡吸力面分支也会较早地受到通道涡的卷吸而消失，以致叶栅的能量损失显著增大，出口气流角沿高度方向分布也很不均匀。     

上游台阶结构对跨声速透平叶栅端壁气膜冷却性能的影响

为了评估上游台阶结构对端壁气膜冷却性能的影响,采用商用CFD软件ANSYS FLUENT数值研究了上游后向台阶结构对跨声速透平叶栅端壁上游双排离散气膜孔冷却效率的影响。模拟某工业燃气透平真实运行工况(进口湍流度T_u=16%、出口马赫数Ma_ex=0.85、出口雷诺数Re_ex=1.5×10⁶),采用基于两类热边界条件模型的壁面换热系数和绝热冷却效率数值预测方法,计算分析了在设计工况吹风比为2.5下,具有不同上游台阶高度(ΔH=0,3,6.78,10mm)的跨声速透平叶栅端壁热负荷分布、气膜冷却效率分布和近端壁二次流场结构。研究结果表明:上游台阶结构改变了近端壁流场,在台阶下游形成强度较大的空腔涡等复杂涡系结构,显著影响了端壁的热负荷和冷却气膜覆盖分布;随上游台阶高度的增加,叶栅通道上游端壁传热逐渐增强,形成显著的条状高传热区;端壁冷却效率呈现先增大后减小的变化趋势,在ΔH=6.78mm时,端壁气膜覆盖效果最好;在ΔH=10mm时,上游离散孔冷却射流被限制在近吸力面三角区域,端壁冷却效率低于无进口台阶结构...     

速度面混合型方程喷管解在跨音速透平叶栅计算中应用条件的研究

应用速度留法设计跨音速透平叶栅，在跨音区部分采用速度面混合型方程喷管解是一种较为便利的方法，本文将详细给出喷管解用于叶栅计算的公式和步骤，分析各种边界条件对于叶栅计算的影响，边界条件对于叶栅计算的制约范围。本文于１９８１年１月收到     

对任意旋成面叶栅反命题的近似解法

Stanitz提出的对任意旋成面叶栅反命题的第一种近似解法,只适用于稠度σ>2的叶栅,本文对Stanitz法作了改进,使之适用于稠度σ>1的叶栅;推导了基本方程组并提出了两种求解方法:迭代法和解一阶常微分方程组法;通过计算机用迭代法计算了例题,所得结果和Stanitz第一种近似解法以及Stanitz第二种近似解法的结果作了比较。     

轴流式叶栅内部流动变工况性能的计算分析

应用有限元方法求解不可压黏性流动Ｎ－Ｓ耦合方程,对ＮＡＣＡ叶型的叶栅在不同冲角的条件下,叶栅内部的流动作了较为完整的计算分析。结果包括叶片表面的压力分布、叶片表面法向的速度分布以及表面摩擦系数。在计算中,采用了Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ湍流模型和壁面函数以提高计算的速度。结果表明：冲角不仅对叶片表面的压力分布,而且对叶片附近的流动状态,特别是在叶栅流道的后半部,有很大的影响。     

透平动叶顶部间隙流的表现形式及其对透平性能的影响

以Aachen一级半轴流透平为研究对象,采用数值模拟手段对不同动叶顶部间隙情况下的间隙流进行了分析,研究了间隙流和间隙涡的形成、发展形式及其对透平性能的影响.以三维流线及极限流线为手段,分析了不同间隙尺寸下动叶顶部的间隙流及间隙涡在形成和发展趋势上的区别,以及动叶顶部总压损失区向下游发展时其变化形式的区别.研究表明:随着动叶顶部间隙值的增加,透平的等熵效率近似呈线性趋势减小;间隙涡的产生位置提前,强度逐渐增大,损失也随之增大;动叶顶部的高损失区域位置和范围发生变化,通道涡被破坏,高损失区向压力面迁移,并远离端壁.     

叶片前缘造型对压气机平面叶栅气动特性的影响

为探究叶片前缘造型对压气机平面叶栅气动性能的影响规律,基于Fluent软件,采用一种径向参数造型方法对轴流压气机DMU37动叶根部5%叶高平面叶栅进行前缘改型,分析不同冲角下造型参数变化对叶栅流场气动性能的影响规律.结果表明:切削后的叶栅流场出口截面质量平均的总压损失系数变大,但较小切削深度使可计算正冲角范围扩大2°;在0°及正冲角时,切削后的叶栅静压比提高,端部区域低能流体向叶高中间位置迁移,端部区域总压损失变小;切削后的叶栅流场损失特性变化开始于前缘附近,进而影响整个流道,证明前缘对整个流场气动特性变化具有重要作用,为进一步探索前缘造型方法提供了参考方向.     

非光滑叶片对叶栅气动特性影响的实验研究

在低速平面叶栅风洞中对光滑叶片及3种非光滑叶片进行了实验研究,分析了非光滑叶片对叶栅出口流动特性的影响。实验结果表明,采用非光滑叶片改变了叶栅出口旋涡结构及流动分布,使叶栅出口的流场趋于均匀,叶片可以随更大的负荷。     

任意边界条件下用有限元法修正光弹性实验泊松比影响的处理

本文是参考文献[1]和[2]的补充和推广. 文[1]、[2]讨论了用有限元法修正平面问题不同泊松比μ值对光弹性实验结果的影响,提出了对网格划分细度是否是足够的一种有效的检验方法,但仅局限于静定支承的情况(实质上相当于应力边界条件),本文在此基础上进一步讨论了任意边界条件下的处理方法。     

机翼和任意族成面叶栅气动正命题的新提法及其变分有限元解法

本文给出了机翼和任意旋成面叶栅流动的正命题（势函数的定解问题）的新提法及其变分有限元解法．将机翼的Ｋｕｔｔａ条件及叶栅主、分流叶片的广义Ｋ－Ｊ条件作为本质边界条件，可以有效地处理机翼和叶栅中分流叶片的割缝条件以及主流叶片的下游周期性条件，避免了传统方法中反复调整机翼及分流叶片环量、叶栅出口气流角以满足Ｋ－Ｊ条件的人工方法，实现了程序自动化，提高了计算速度．     

小展弦比叶栅非轴对称端壁造型及气动性能的数值研究

提出了基于双控制型线的非轴对称端壁造型新方法,并在某小展弦比叶栅的上下端壁上完成了非轴对称端壁造型设计.采用数值求解Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和考虑转捩模型的SST湍流模型对轴对称端壁原始叶栅和非轴对称端壁叶栅进行了详细的流场特性分析,结果表明:所提方法可以有效减少进入叶栅通道涡的低能流体,从而抑制了通道涡的发展,减少了二次流损失.由于叶栅展弦比较小,所以非轴对称端壁会影响到整个流场,使得出口气流角在整个叶高范围内有所增大,中叶展处叶片负荷下降,型面损失减少.与轴对称端壁原始叶栅相比,非轴对称端壁叶栅效率提高了0.22%,从而验证了所提方法的有效性.     

转轮叶栅参数对贯流式水轮机性能的影响

从理论上系统地介绍了贯流式水轮机转轮叶栅几何参数中栅叶稠密度，叶的相对扭角，转轮叶片数和叶片厚度对不轮机性能的影响，并结合在同一试验台上所做的四套贯流式转轮的能量特性试验成果进行了分析和比较，得出叶栅参数对水轮机性能的影响的规律，为以后开发低水头水力资源提供了转轮设计的依据。     

任意旋成面上带分流叶片叶栅气动正命题的有限元解(流函数形式)

本文应用八节点等参数元对任意旋成面上带有分流叶片叶栅的气动正命题变分公式进行有限元展开。用迭代法求解所得的非线性方程组,解出流函数场,进而求得速度场。编制了能自动划分网格的719机计算程序。对NASA叶片进行了实例计算。计算结果表明,本文建立的计算方法和程序,只需将分流叶片数给为零,即可计算不带分流叶片的任意旋成面叶栅流场。文中对不同叶片数的叶栅进行了计算,并给出了叶片上速度分布曲线。