缘线匹配技术在轴流透平设计中的应用探索

缘线匹配技术是叶轮机非定常气动设计技术,它以叶轮机相邻叶排前、后缘线空间相对位置为非定常设计自由度来进一步提升叶轮机性能,这在叶轮机定常设计框架下是不能考虑的。本文以单级蒸汽透平设计为例对缘线匹配非定常设计技术进行数值研究,初步展示了缘线匹配的应用方法及其设计验证,数值计算结果表明缘线匹配技术为叶轮机非定常气动设计提供了有效的设计自由度。     

缘线匹配技术在轴流压气机设计中的应用探索

叶轮机缘线匹配技术以叶轮机相邻叶排前、后缘线空间相对位置为非定常设计自由度来进一步提升叶轮机性能,这在叶轮机定常设计框架下是不能考虑的。本文以单级轴流压气机设计为例对缘线匹配非定常设计技术进行数值研究,初步展示了缘线匹配的应用方法及其设计验证,数值计算结果表明缘线匹配技术为叶轮机非定常气动设计提供了有效的设计途经。     

非定常环境下叶栅性能的数值研究

本文采用数值方法对叶轮机基元非定常流和排间匹配进行深入研究。结果表明流动非定常性产生额外损失,滞回现象存在于叶轮机中。而考虑基元非定常流动的叶型设计和排间缘线匹配技术将是未来叶轮机非定常气动设计的核心。     

缘线匹配主导下的叶轮机非定常设计

随着高性能叶轮机的不断发展,叶轮机流动固有的非定常属性越来越强烈以致不容忽略,且计算流体力学和计算机技术的飞速发展以及对定常,非定常流动现象认识的不断丰富,使得更全面考虑非定常影响成为可能.本文以缘线匹配产生的学科发展内在背景为导引,从气动、气弹/振动、涡轮热环境管理、转静噪音控制四个非定常设计方面论述了缘线匹配技术在其中的主导作用.     

缘线匹配对非定常流动影响初探

为深化缘线匹配对叶轮机非定常流动影响的认识,本文以关注尾迹撞击叶表展向轨迹为出发点,围绕缘线匹配对叶轮机非定常流动及性能影响进行了初步数值探索.研究表明:不同缘线匹配时叶片整体性能参数具有不同的脉动水平;给定缘线匹配下,整体性能参数脉动幅值随工况几乎不变或变化很缓;在设计点为达到降低某种脉动目的而实施的缘线匹配在非设计点同样有效;尽管微弱,数值模拟中还发现缘线匹配对上游尾迹随流掺混产生影响;缘线匹配严重影响时均相关项量值水平,尤其在叶尖、叶根和前缘附近.     

关于叶轮机时均(准四维)和非定常(四维)气动设计体系的初步诠释

本文以考虑非定常流动的完整性为线索,总结概述了先前气动设计体系的困难与限制,在此基础上,以描述叶轮机流动的时均和时间精确模型为核心分别从其构成和标志性技术对叶轮机时均和非定常气动设计体系进行了初步诠释。文章认为促成时均(准四维)和非定常(四维)气动设计体系现实应用是叶轮机发展的最后契机。     

转/静干扰效应纳入设计体系的途径探索

1前言近年来,叶轮机非定常流动时间精确模拟获得十足发展。虽然如此,关于时间精确解仍然存在很多问题。因而就目前而言,将叶轮机非定常干扰时间平均效应纳入设计体系,实现准四维设计体系是缩短我国和发达国家叶轮机气动设计水平差异的关键工作,其中叶轮机非定常流动时均流动模拟方法是首要解决的问题。叶轮机时均流动模拟工作,国外主要有Adamczyk［llRhie［‘］国内作者和孟庆国博士也开展了研究［‘－’］,其中文献问详细阐述了时均流动模拟理论和方法,并对时均流动模拟基本方式进行分类（图1）。2反映转／静干扰效应的时均N－S…     

单级跨音压气机非定常伴随气动优化

在多排叶轮机械中,动静叶干涉会在流场中产生强烈的非定常效应。公开文献中现有的多排叶轮机械气动优化设计均采用基于混合平面法的定常模型,无法考虑流动的非定常特性。本文采用课题组自行开发的多排叶轮机械非定常伴随气动优化系统,对某单级跨音压气机动叶进行了非定常气动优化设计,优化过程中采用谐波平衡法高效求解非定常流场和非定常伴随场。优化目标为降低压气机级的进出口熵增,同时限制流量和压比不低于原始设计,并控制叶片最大厚度的变化幅度。优化结果表明,本文伴随气动优化系统能够高效地对多排叶轮机械进行非定常气动优化设计。     

基于叶片载荷分布的离心叶轮气动优化

针对离心压缩机叶片载荷对叶轮气动性能的影响,按照盘、盖侧的最佳载荷匹配,利用反问题计算原理设计出相应的离心叶轮,采用数值方法计算分析了各自叶型的效率、压比和能量头等气动参数,确定最佳载荷匹配原则。在此基础上对载荷沿流向的梯度变化进行再优化,发现在一定程度内较小的载荷梯度有利于减小流动损失,提高叶轮效率,但过于平缓的载荷反而使性能略有降低。本文结果为高性能离心叶轮的气动设计提供依据。     

高压比的斜流叶轮与扩压器匹配设计方法的改进

针对高压比的斜流压气机设计过于依靠叶轮的性能,容易出现较为严重的扩压器与叶轮的匹配问题,改进了斜流压气机的叶轮扩压器匹配设计方法.把叶轮及叶轮出口的无叶扩压器段作为一个整体,将单一的叶轮出口设计扩展为叶轮出口加出口无叶掺混段设计,将掺混过程用一个连续的过程描述,来提高一维设计方法的匹配设计能力.用该方法完成某单级斜流压气机的气动设计,级性能满足设计要求,表明改进后的匹配设计方法可用于高压比的斜流压气机设计.     

部分流泵整机非定常流动数值模拟

本文在设计工况下采用滑移网格技术对部分流泵进行了整机非定常流动数值模拟,分别分析了叶轮、蜗壳内的非定常流动规律。计算表明,部分流泵内流的非定常特性极其强烈,只有采用非定常计算方法才能反映其内流的实质。本文的计算为进一步研究部分流泵的内流现象、提高效率、减少水利损失提供了一定的理论依据。     

叶轮与叶片扩压器相干非定常流动的数值模拟

本文采用了不对粘性项作任何近似的时间倾斜算子,来处理转子和静子栅距不相等时的周期性边界条件施加时所出现的问题。对某一离心压缩机进行了非定常的数值模拟,并把其结果同实验测量数据和商用软件的结果进行了比较。结果表明两种非定常计算方法比定常计算结果更接近于实验测量值,定常的计算结果在某些测量平面上不能充足地预测出流场结构,本文所发展的时间倾斜算子的计算程序在总体上同实验测量结果吻合最好,应用其能很好地预测离心压缩机级的非定常流动。     

PISO算法在求解方柱绕流非定常尾迹中的应用

应用PISO算法及非交错斜交网格技术,编制了求解二维定常、非定常流动的通用程序。计算分析了定常不可压缩Couette流动以及水平通道内方柱绕流尾迹的非定常流动,并详细分析了不同时刻方柱后尾迹的旋涡结构及发展过程,得到了合理的结果。验证了非迭代PISO算法及非交错斜交网格在分析非定常流动中的有效性,为进一步开展非定常流动的数值分析奠定了基础．     

离心压气机进口导叶尾涡非定常发展的数值研究

本文在不同攻角和不同雷诺数Re下,对离心压气机进口导叶的内部流动进行了数值分析,探讨了导叶翼型绕流尾涡的非定常发展过程。结果表明,对本文所研究的导叶,攻角在30°～60°范围内,当雷诺数Re低于80时,流动是稳定的,翼型后方不出现大尺寸的流动分离;雷诺数Re大于80时,流动是非稳态的,此时翼型后方出现流动分离,并伴随有显著的涡脱落。     

从非定常效应看对旋风扇/压气机的工程实现

首先利用全隐格式的非稳态压力修正求解方法；计算对旋风扇级间流场非定常流动情况，并与实验结果进行了有益的对比；在动态实验研究中则通过单斜丝热线风速仪对对旋风扇级间速度场进行了详细分析，并揭示其级间非定常效应的独特规律：下游转子的非定常位势流作用在对旋级间流场的周期性非定常影响中占主导地位，级间径向速度的大小则主要与前级转子叶尖区和叶根区的二次流动旋涡强度有关．上述结果表明：对旋风扇／压气机的非定常效应对其性能有很大影响，如果很好地组织对旋叶轮的非定常流动气动布局，可进一步提高增压系统的压比、效率和稳定工作范围。     

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。