实际气体R134a在离心叶轮内部流动的数值研究

使用实际气体模型对R134a在半开式离心压缩机叶轮内部三维湍流进行了数值计算,比较了比容比相等情况下实际及理想气体模型对压缩过程的差异.研究表明二者设计流量系数基本相等,但实际气体的多变效率低于相应的理想气体计算值;数值计算能够较好地预测实际气体的流动结构和性能参数的变化规律,对实际气体制冷压缩机气动热力设计具有理论及工程意义.     

有机工质向心透平气动设计与变工况性能预测

本文按实际气体计算有机工质蒸气物性,编写有机工质向心透平气动设计和变工况性能预测程序,对以R123为工质的向心透平进行气动设计优化、变工况性能预测计算。通过数值实验模拟分析三维流动情况和整机性能,结果显示透平设计和性能预测结果有效、可靠,但气动设计对强激波引起的损失及气流偏转估计不足,需要改进气动设计和性能预测方法,优化叶型。     

基于速比优化的三维透平叶片一维化设计方法

现代透平叶片设计过程中,需要不断调整沿径向分布的几何参数,设计周期长。为了解决此问题,本文构建了一种三维叶片的一维化设计方法：将叶片流道沿径向分割成若干个子流道,对每个子流道进行一维设计,得到其最佳速比与进出口几何角,再使用每个子流道的一维设计结果沿径向叠加构建三维叶片。使用某F级燃机末级的边界条件,应用该方法对其叶片进行重新设计,并利用数值模拟结果中的静叶出口压力、落后角等参数作为额外约束进行精细设计。结果表明：与原始设计相比,优化得到的透平动叶部分区域损失略微增大,流量降低0.26%,但余速损失显著下降,同时轮周效率提高了1.7%,总–总效率提高0.37%,并且轴功增大了1.47%。     

压缩理想气体和实际气体的离心式叶轮流场分析

本文对压缩理想气体和实际气体的离心式叶轮作了流场分析。分析使用流线曲率法。实际气体的热力学是基于作者提出的通用状态方程和Ｓｃｈｕｌｅｓ的多变分析。对一个压缩理想气体的叶轮作了实验测量。分析结果比较表明，压缩理想气体和实际气体时叶轮中速度分布是不同的，且压缩实际气体时，叶轮出口参数不同于压缩理想气体时的计算和实测结果。     

低温氦气透平膨胀机导向叶栅的数值模拟

低温氦气透平膨胀机是大型低温氦制冷系统的关键部件,其导向叶栅对整个透平膨胀机的效率有着重要影响。采用计算流体动力学(CFD)软件CFX,运用标准k-!湍流模型,以低温氦气为工质,对所设计的透平膨胀机导向叶栅进行了全流道数值模拟。导向叶栅采用TC系列叶型。对不同叶型,不同叶片数下导向叶栅进行数值模拟。经过计算,得到了TC-2P、TC-3P、TC-4P三种叶型在设计工况下的结果,发现采用TC-2P叶型时,导向叶栅具有较好的性能,同时得到了导向叶栅性能随着叶片数的变化规律。     

离心式涡轮增压器透平的设计与分析

离心式涡轮增压器透平具有与传统透平不一样的结构,本文对某一小流量、高转速、小轮径的离心式透平进行一维气动设计、三维流场模拟与优化以及变工况性能研究。首先,对流体工质以及流动过程进行简化处理,获得一维气动设计的结果;接着,采用计算流体力学软件对离心透平级进行数值模拟,通过改变叶片数目、叶片厚度、中弧线形状等进行叶型优化,获得更合理的流场;最后,分析不同转速、不同流量(背压)下离心式透平的变工况性能。     

涡轮叶栅前缘槽缝气膜冷却的数值模拟

应用FINE/TURBO软件包,求解三维雷诺平均N-S方程,对叶片前缘有两列冷却槽缝的气膜冷却流场进行了数值模拟,获得了不同吹风比下叶片表面静压分布与极限流线.在计算结果与实验数据良好符合的基础上,详细分析了槽缝冷却三维定常流场结构与槽缝附近的流动细节.研究结果表明,槽缝冷却对前缘压力分布影响较大,且在压力面引起较大的分离流动,不利于冷却.     

逆布雷顿空气制冷机透平膨胀特性研究

为了深入研究逆布雷顿空气制冷机的降温特性与制冷性能,论文首先采用CFX数值模拟方法,对透平膨胀机冷端通流部分的流动与热力学过程进行了数值模拟,进一步对整机的热力性能进行了分析;在此基础上探讨了制动功率对膨胀机降温特性影响;并改进了逆布雷顿空气制冷机综合实验台,采用风机回路闭式循环,进行了定制动压力和定特性比两种典型制动策略下制冷机降温性能的实验研究。结果表明:通过调节风机闭式循环制动压力来匹配膨胀机工况的变化方案可行,理论预测与实验结果吻合较好;透平膨胀机的绝热效率62%,在120 min内制冷机最低无负荷出口温度达到了-170℃;采用透平膨胀机的逆布雷顿空气制冷机具有优异的制冷性能。     

NREL PhaseⅥ叶片气动性能数值分析

本文采用CFD软件包FINE~(TM)/Turbo,以两叶片NREL Phase Ⅵ风力机的风轮为对象,进行风轮三维绕流的定常黏性数值分析研究.详细对比了计算结果与实验数据,包括功率、叶片展向五个截面压力系数分布及沿展向载荷系数分布,并分析了三维黏性流场流动细节.结果显示在大部分风速条件下数值模拟可以很好地预估风力机气动性能,在所有计算风速条件下均能够较好地模拟叶片表面的压力分布和展向载荷分布.在失速条件下对根部大分离区的模拟有偏差.     

向心透平级叶轮内三维复杂流动的数值研究

对向心透平叶轮内部复杂流动在级环境下进行了全三维黏性数值模拟,结合拓扑学原理分析了设计工况和非设计工况下其内流动分离及各种涡系发展的演变过程,初步建立了向心透平叶轮内的旋涡模型,阐述了流动损失的形成机理。研究表明:向心透平叶轮内部涡系与轴流式透平存在较大差别,且流动分离及涡系主要集中在吸力面侧;设计工况下向心透平叶轮内的主要旋涡包括马蹄涡、通道涡及泄漏涡,其主要表现为通道涡与泄漏涡相互影响和掺混,是主要损失的形成原因;非设计工况下,主流在叶轮叶片前缘处发生大范围的分离及回流,造成了较大的能量损失,但二次流损失所占比例较小。     

热斑旋流对燃气透平高压静叶的影响研究

为了揭示热斑和旋流对燃气透平高压静叶的影响机制,本文运用自主开发的有限体积求解器,对LISA一级半透平受到正对通道中心的热斑旋流影响进行了数值计算研究。本文详细阐述了热斑和旋流在叶片通道内的流动过程,研究了其对燃气透平高压级静叶的温度分布、叶片表面压力分布的复杂影响以及热斑旋流通过静叶通道时热斑形态变化和通道内涡系结构变化。     

多排叶片内部流动以及叶片排与排气系统相互作用研究

本文采用高分辨率格式和多块多网格方法求解雷诺平均Navier-Stokes方程,数值模拟多排叶片内的三维粘性流动;使用数值激盘模拟叶片排的存在,研究叶片排与非轴对称排气部件之间的相互作用以及复杂的内部流动。文中描述了数值方法,给出了NASA透平导叶和单级透平内部流场的数值结果及其与相应实验结果的对比,也给出了多级透平内部流场的数值结果,以及透平与排气部件之间的耦合流场的结果。     

两种透平叶栅三维流动的计算分析

本文以数值手段分析研究两种不同叶片造型的三维环形叶棚内的定常粘性流动及损失情况，数值方法采用三维可压缩粘性流动压力校正其法求解N－S方程及k－ε双方程湍流模型．新一代透平叶片型线设计与传统叶片型线的差别在于叶片型线的后部加载特性．本文通过计算分析了这种后加载叶片与传统加教叶片应用于汽轮机时对控制三级叶栅损失与二次流发展的作用．     

低压蒸汽透平排汽缸内三维粘性流动的数值模拟

采用三维粘性流场求解软件Fine／TURBO[1]对低压蒸汽透平下游排汽缸内的复杂流动进行数值模拟。计算中使用了Jameson的Runge-Kutta中心差分格式[2]和Baldwin-Lomax的代数湍流模型、计算结果同部分实验结果进行了对比,表明数值模拟揭示了排汽缸内复杂的旋涡结构,以及影响排气缸内压力恢复和总压损失的主要因素。     

静压轴径轴承静态特性的数值模拟分析

气体润滑轴承具有摩擦小、寿命长、精度高等优点,已经在精密工程等许多领域有着十分广阔的应用。文中对气体润滑基本方程Reynolds方程进行了分析,利用FLUENT对透平膨胀机用静压轴径轴承模型进行了数值模拟,得到轴承表面的压力分布;并逐一研究了供气压力、偏心率和轴承结构参数等因素对静压气体轴承静态特性的影响规律。     

多场耦合下透平冷却高温影响特性

透平进口温度持续提高,使得实验测试条件难以实现全温全压的测量,往往采用降温降压工况。本文采用耦合数值方法,分别针对耦合气膜冷却平板及耦合叶栅模型,分析多场耦合下的高-低温传热特征,探索透平冷却温度水平影响特性及机理。研究表明,综合冷却效率分布受金属、流体物性及内外部冷却多方面综合影响;比较无量纲参数相同的高-低温工况,高温使得有TBC涂层时综合冷效偏高,无TBC涂层时综合冷效偏低;无量纲参数相同的高-低温工况,在平板上综合冷却效率分布规律基本一致,在叶栅表面压力面和前缘较为一致,其余部分相差较多;在一定的温度差距内,高-低温工况结果仍可保持一定的一致性。     

一维含化学反应流体力学方程组的ALE间断有限元方法

研究一维含化学反应流体力学方程组的数值模拟方法.结合理想气体状态方程并利用HLLC解法器在各个单元边界处的数值通量,给出ALE间断有限元方法.高阶计算时,使用TVD斜率限制器对数值解可能产生的非物理振荡进行抑制.结果表明：该算法能够保持物理量的守恒性和高精度,并能够清晰地捕捉爆轰波的结构特征.     

天然气低温超音速流动过程的热力学模拟与分析

基于SRK实际气体状态方程,对天然气在高压低温条件下经过超音速分离管的高速膨胀过程进行了热力学的计算和模拟。通过将实际气体的计算结果与理想气体计算结果进行比较,发现两者降温及截面积有很大区别,但截面积变化规律相似。而且不同入口条件下达到临界点所需压比一致,但液化点差别很大。在两相区截面增速变缓,但马赫数相差不大。     

重型燃气轮机排气温度研究

本文针对某300 MW等级重型燃气轮机透平排气温度,构建了燃机性能计算模型,该模型除了包含常规燃机性能计算的功能外,加入了透平叶片材料、燃烧器OTDF&RTDF及叶片冷却流量对燃机性能的影响功能,应用该燃气轮机性能计算模型预测了L20A及M701F3的燃机性能,排气温度的预测精度在3?C以内。分析了压气机压比、压气机效率、燃烧器压损、燃烧器出口温度分布、透平级数、透平效率、透平叶片材料及冷气流量等参数对透平排气温度的影响规律,结果显示压气机压比、燃烧器出口温度分布、透平级数及效率、透平叶片材料及冷气流量对燃机透平排气温度影响较大,其中又以透平级数的设计选择对排气温度影响最大。在燃机设计时需要考虑到这些关键影响因素,使排气温度最终达到综合最优。     

含尘流透平叶片冲蚀的数值分析

本文在含尘流透平叶片流道内气固两相流动数值模拟的基础上,发展了叶片冲蚀的数值分析方法,提出了便于工程应用的有限区域内质量加权、面积平均的冲蚀率统计分布计算方法;对建造中的江苏徐州贾旺增压流化床联合循环中试电站燃气轮机叶片冲蚀问题进行了数值模拟,给出了计算结果的数据图象资料,就叶片冲蚀状况进行了分析。