透平转子直列叶栅流场及其总压损失的数值研究

１前言长期以来,深入揭示透平叶栅三维流场及其损失机理的研究一直是透平机械气体动力学研究的主要课题之一。由于叶栅流动极为复杂,影响因素多（有几何因素,如展弦比、气流折转角等;有气动因素,如来流流速、湍流度和附面层厚度等）,人们对叶栅流动的复杂结构的认识...     

离心泵蜗壳内旋涡流动的数值研究

采用"冻结转子法"处理叶轮与蜗壳间动静耦合流动的参数传递和相互干扰问题,研究了蜗壳进口周向非均匀来流对其内旋涡的演化发展的影响。分析表明,叶轮与蜗壳的干扰所造成的蜗壳进口周向流动的不均匀性是非常强烈的,整个蜗壳内的流动是以旋涡形式向出口推进的,且随工况的不同表现不同的演化过程,从而导致蜗壳内较大的流动损失。同时也说明只有考虑蜗壳来流的非均匀性影响,才能准确地模拟其内的旋涡运动。     

蜗壳进口周向非均匀流动的数值研究

本文提出一种考虑进口非均匀流动的蜗壳流场计算方法。该方法通过叶轮出口边界与蜗壳进口边界上静压分布的迭代计算,并逐步修正蜗壳入口气流方向模拟叶轮与蜗壳内流场的相互作用。通过计算结果表明:该方法计算量小,且能获得一定程度的蜗壳进口非均匀流动。     

非均衡进气双面离心压气机流场差异分析

采用数值方法研究了在蜗壳内部和压气机进口非对称流场的耦合作用下,非均衡进气双面离心压气机周向流场结构的差异。结果表明:后方叶轮进口轴向速度在周向上存在着较大的差异,且其不均匀程度随流量增大而增强。叶轮不同叶片槽道出口射流-尾迹结构也存在差别,蜗壳内高静压区对应的叶片槽道尾迹区域增大。扩压器内周向静压分布形式与蜗壳内部相同,不同半径位置上静压分布的不均匀程度基本相同,但随着流量的减小,不均匀程度减弱。     

进口附面层形式对压气机叶栅端区流动特性的影响研究

为探究进口附面层形式对轴流压气机叶栅端区流动特性的影响,本文以某高亚声速压气机叶栅为研究对象,基于数值方法对比分析常规和倾斜两种进口附面层形式对叶栅角区分离和叶尖泄漏流流动特性以及总体性能的影响。结果表明：进口倾斜附面层使端区来流的攻角和进口速度增加。在无叶尖间隙时,倾斜附面层能够缩小角区分离的轴向和周向范围,提高扩压能力,相比常规附面层工况,总压损失降低6.3%;1%叶高间隙下,倾斜附面层能够降低叶尖泄漏流相关损失并减少尾迹与主流的掺混损失,总压损失较常规附面层降低15.3%。     

基于能量梯度理论双吸式离心通风机失稳研究

本文利用定常的三维Navier-Stokes方程和RNG k-ε湍流模型,对双吸式离心通风机的内部三维流动进行了数值模拟,并应用能量理论处理不同工况下的全流场流动参数,获得了能量梯度函数K的分布,并且对不同流道内压力面和吸力面上的静压分布进行了分析.研究表明,双吸式离心通风机叶轮出口区域是容易激发流动不稳定的关键位置;在叶道子午面上,沿轴向越接近轮盖处,流动越容易出现不稳定;同一工况下沿叶轮旋转方向接近挡流板的流道内的流动相较于其它流道内流动更容易出现失稳。     

进口具有预旋流动的亚音速轴对称环形扩压器粘性流场计算

环形扩压器是一个重要的气动元件.装在透平级后的轴向式或轴径式环形扩压器,通过它的排气扩压过程,可以降低透平级背压,在同样透平进口参数条件下,提高透平作功能力,减少余速损失,使整个透平机效率得到提高.由于环形扩压器常在具有一定周向和径向速度分布的进口流动条件下工作,因此研究进口具有预旋流动的环形扩压器的流     

非各向同性自由流紊流度对紊流附面层特性的影响

一、前言 流体机械在高的紊流流动情况下,总是产生紊流附面层或紊流剪切层.在实际流体流动问题中,所遇到的自由流紊流度变化范围很大,在涡轮机械中自由流紊流度可高达8％～10％.当自由流紊流尺度远大于附面层厚度时,附面层可被认为是遭受到一种不稳定的外流流动.此时其时间平均的附面层速度分布与稳定外流条件下的附面层速度分布     

高速开式离心泵内部的流动特性研究

基于N-S方程应用标准的k-ε湍流模型对高速开式离心泵进行三维湍流数值模拟,得到了流道内的压力场、速度场的变化规律,揭示了回流等流动现象,验证了液流冲击、流动不均匀和回流是开式叶轮效率低的主要原因;通过对蜗壳进口速度和压力沿周向分布的分析看出分布呈现明显的波动特征,验证了叶轮与蜗壳的干扰所造成的周向流动的不均匀性是非常强烈的。预测出其性能曲线,计算与试验结果吻合良好,证明该计算方法具有较高的可靠性。     

周向非均匀人流/出流条件下无叶扩压器敏感性分析

不稳定流动是高速离心压缩机内部流动的本质特征,其诱发机制往往受到关键结构参数与边界处流动条件的影响.本文以带有无叶扩压器的离心压缩机为研究对象,基于线性的全局稳定性理论,同时考虑涡黏性与分子黏性的作用,建立了基于无叶扩压器r-θ平面的二维稳定性分析方法,获得了流动失稳的直接全局模态;然后基于伴随方法获得了对应最不稳定特征值的伴随全局模态,结合直接与伴随模态构建了流场特征值的结构敏感性。最后考虑了射流-尾流流动结构,以及蜗壳非对称几何结构的影响,分别对周向非均匀入流/出流条件下的无叶扩压器流动进行了稳定性与敏感性分析。分析结果表明机匣侧出口回流对无叶扩压器全局稳定性具有关键作用;在无蜗壳时,射流-尾流结构对于全局稳定性的影响主要体现在失速团个数,而对失稳机理的影响较小;蜗壳的非对称结构导致流场重新分布,在距离蜗舌顺时针90°~135°位置出口壁面回流与入口回流相互作用,是诱发失稳扰动产生的主要因素。     

轴流透平与排汽系统间流场相互作用研究

为了研究轴流透平与非轴对称排汽系统流场间的相互作用,对带有单级透平的300/600MW汽轮机排汽系统模型内流场进了模型实验,并用商用软件CFX数值计算了实验工况下带有全周叶栅通道的单级透平与排汽系统内的耦合流场.对比实验与数值模拟结果,二者吻合较好.通过对实验和数值结果分析发现,排汽系统内的非轴对称流场使透平叶栅通道内流动沿周向发生变化,扩压器内出现大的流动分离,排汽系统内总压损失增大,静压恢复系数为负.     

压气机转子尾迹三维紊流特性分析

根据单转子压气机和单级压气机在设计状态和近失速状态转子出口流场的详细测量数据，分析了这两种试件在不同状态、不同叶高情况下转子尾迹的三维素流特性。设计状态除端壁区外；转子各叶高尾迹的速度型很相似，尾迹宽度沿叶高基本相同．近失速状态转子尾迹明显变宽，且沿叶高变化不均匀，这主要决定于吸力面附面层的增长，另一方面尾迹内紊流强度增强，吸力面一侧的紊流强度高于压力面一侧。本文对转子尾迹的目相似定律进行了检验和改进。     

压气机级间抽气的数值模拟

燃气轮机的压气机抽气配管是燃气轮机设计以及运行使用中的一个重要环节,是一组连接燃气轮机压气机和透平的通流部件.它从压气机的某几级中抽取一部分压缩气体通入透平或其后排气通道.本文通过数值模拟的方法研究了压气机抽气级的流动特性,考察了抽气流量和抽气槽角度对压气机主流流场的影响.     

高负荷扩压平面叶栅进口均匀性分析及改进

通过对典型平面叶栅风洞试验段的数值模拟研究了不同来流攻角和不同来流马赫数下某高负荷扩压叶栅进口周向流场的均匀性,分析了影响叶栅进口流场均匀性的主要原因,研究了改变叶栅上壁面形状对于叶栅进口均匀性的改善效果.数值结果表明:向上游倾斜的扩压平面叶栅固有结构决定了栅前周向流场的不均匀分布;随着来流攻角增大,叶栅上侧壁的通道堵塞程度增大,导致栅前速度场和方向场的不均匀性增大,来流攻角和设定值的最大偏差超过5°;通过减小叶栅上侧壁的弯曲程度可以有效提升栅前流场的均匀程度和范围,使来流攻角和设定值的最大偏差减小至2°.     

轴流叶轮内的流动计算

众所周知,叶轮出口流场的特性反映了叶轮内部流动状况,对研究叶轮内部流动机理十分重要。轴流叶轮内的流动,由于粘性的影响,气体在环壁区域呈现为顶端间隙泄漏、环壁边界层、二次流以及壁面失速等复杂的流动现象。对于不同场合用的轴流机械,即使在设计工况下,这些流动现象的表现和干涉程度也不相同,因此适用于任意设计条件下环     

单级高负荷向心透平三维黏性非定常计算

对一台单级高负荷向心透平进行了三维黏性定常和非定常计算,计算得到的动叶出口以及下游的周向平均流场与文献提供的实验结果符合良好。在此基础上对流动的非定常特性进行了分析,发现由于动叶转速较高,且动叶下游不存在下一级静叶的干涉,流动的非定常效应主要体现在叶片排之间的区域以及动叶通道进口,动叶出口以及下游流动的非定常特性并不明显。非定常计算结果透平的级效率随时间的波动幅度达到了1.3%。     

跨声速轴流式压气机三元流动设计的理论、方法和应用

基于吴仲华的三元流动理论,完成了单级跨声速轴流式研究压气机的气动热力学设计.经过两类流面的五轮迭代计算,S_1迥转面上的中心流线与中心S_2流面上相应流线的形状基本重合,其上参数如V_(θr)、△_s/R和流片厚度等大致相等,获得了三元流场的收敛解,同时也确定了满足各项设计判断准则及所需流量的流道和叶型.对超声速进气截面的流场分析表明,由于通道激波的滞止作用,波后的V_(θr)、△_s/R等量都发生了突跃.     

水轮机蜗壳和固定导叶内部三维紊流流场数值研究

1引言用数值方法研究蜗壳和固定导叶内部流场是改进和优化蜗壳和固定导叶设计的一个重要手段。早期的数值研究大多基于势流理论[1～2]，随着计算机技术和计算流体动力学的迅速发展，蜗壳和固定导叶内部三维紊流的数值分析已经成为可能t’－’］。本文以三峡水轮机组内部流动的研究为背景，基于N－S方程和标准的k一。紊流模型，采用贴体座标和交错网格系统，用SIMPLEC算法对三峡模型机组蜗壳和固定导叶内部的流动进行数值模拟，提出设计工况时蜗壳和固定导叶内三维素流数值模拟计算结果，为改进蜗壳和固定导叶设计提供了一些有益的参考资…     

自由流紊流度对亚音速扩压器性能的影响

一、引言 扩压器的进口条件对扩压器的性能非常敏感,这已被许多实验结果所证实。但是,这些结果主要还是局限在扩压器的进口条件是稳定流以及进口附面层外是均匀核心流的情况。J.A.Hoffmann首先关联出扩压器的性能与扩压器进口有高的非各向同性自由流紊流度参数之间的关系。但在J.A.Hoffmann的试验结果中,同时包含了进口速度     

进口附面层厚度对弯叶片扩压叶栅损失的影响

本文通过人工加厚叶栅进口附面层厚度，考察了叶搬进口附面层厚度对弯叶片扩压叶栅损失的影响．实验结果表明，进口附面层厚度增加时，叶栅两端区二次流增强，叶栅损失增大．采用正弯曲叶片在参考进口附面层状态和人工加厚附面层时均未得到叶栅损失的降低，而反弯曲叶栅损失的降低出现在参考进口附面层状态下．