国产优化300／600MW汽轮机通流部分气动设计──第一部分：设计体系与通流设计特点

本文介绍了用于大功率汽轮机通流部分气动设计的准三维／全三维设计体系。使用该设计体系把复合倾斜叶片、可控涡流型等先进的汽轮机气动设计思想，成功地应用到了３００／６００ＭＷ汽轮机的改型设计中，以期较大程度地改进机组的热力性能。     

基于流网分析的通流计算冷却模型

伴随着复合冷却技术的广泛应用,冷却透平中主流流动和传热过程的复杂耦合现象日趋显著,有必要在初步气动设计阶段充分考虑冷却对主流气动布局的影响。本文基于流网分析提出了适用于气热耦合通流方法的冷却模型,该模型可针对透平叶片进行快速流热分析,并结合主流气动参数计算结果预测掺混冷气流量分布及掺混损失分布。本文采用该冷却模型对C3X叶型进行了气热耦合通流分析,叶片表面温度分布计算值与实验结果符合良好,说明该冷却模型可应用于气热耦合通流方法,为透平初步气动设计及冷却设计提供一定的借鉴意义。     

叶轮机械数值计算与设计方法进展及其在汽轮机中的应用──第一部分:数值计算及设计方法进展

本文对多级汽轮机通流部分气动热力学数值计算方法与设计体系研究所取得的进展进行了回顾，主要内容包括通流部分气动热力准三维、全三维计算方法进展、程序的校准方法、多级轴流透平气动热力设计体系研制等，并提出了今后进一步开发的设想．     

高温透平气热耦合通流设计与分析

透平冷却技术的广泛应用带来了冷却透平中主流流动和传热过程的复杂耦合问题。传统透平设计过程中,通常将气动设计与冷却设计分开进行,因而难以充分考虑二者之间的相互影响。本文在某高温轴流透平的初步设计中采用了一种气热耦合的通流设计方法,该方法在传统通流计算的基础上引入了冷却计算模型,并以通流计算得到的主流流场参数作为传热计算的边界条件,由此求得透平所需冷气量及主流流场参数。本文采用ANSYS CFX对设计透平进行了性能分析,结果表明该气热耦合通流设计方法可以在透平初步设计阶段提供较大的借鉴意义。     

轴流透平通用叶型设计模块开发

1前言在叶轮机械气动热力设计体系中，叶型设计是最基本而关键的一环，叶型的好坏及选用适当与否对机组性能有非常大的影响。本文的工作是我们研制的多级轴流透平通流部分气动热力设计体系中的重要组成部分，其目的是要在满足结构、工艺、强度等约束条件的同时，高效、准确地设计出具有良好气动性能的叶型。本模块采用高档微机网络和中文NT操作系统作为支撑环境，选用商业化的CAD／CAM软件作为主要开发工具，在其基础上进行二次开发[1]。2叶型设计的类型与方法根据不同的已知条件，轴流透平叶型设计工作可分为三种类型：2．1已知初始叶…     

水蒸气含量对高温平板气膜冷却传热影响研究

IGCC系统中新一代先进燃气轮机透平通流部分处于高温高湿的工作环境,因此其内部流动存在固有的复杂的流热耦合问题。为指导燃气轮机透平叶片冷却系统设计必须开展对流热耦合问题的试验与数值研究。本文在一平板气膜冷却流热耦合实验台上开展了模拟新一代燃气轮机透平通流部分高温高湿工作条件的流热耦合机理研究,并进行了数值模拟。研究工作...     

多级轴流压气机通流造型一体化设计研究

多级轴流压气机气动设计的核心是S2通流设计和叶片造型设计。为了提高设计效率、降低时间成本,研究开发了多级轴流压气机通流、造型一体化设计方法。通过将S2通流设计反问题与叶片造型耦合联结,一体化设计获取压气机气动流场参数和流道、叶片几何,并直接与全三维数值模拟相衔接,可快速得到基本满足目标需求的初始设计。通过一体化反演设计具有设计数据与试验结果的美国E~3十级高压压气机前六级,其设计点的流量、绝热效率误差范围均在2.5%内,具有较好的工程精度,验证了研发的多级轴流压气机通流造型一体化设计的有效性与实用性。     

基于NURBS三维造型的粘性气动最优化设计技术

开发了用非均匀有理B样条对叶轮机械叶片进行参数化三维重构的建模方法,成功实现了透平叶片、压气机叶片和风扇叶片的统一三维重构,并把该模块集成到了基于商业软件iSIGHT的气动优化平台中。在该气动优化平台上通过选择不同的优化策略,对一透平叶片分别进行了“基迭方式气动优化”和“全三维气动优化”,结果证明优化效果显著。     

7 MW单级跨音离心透平设计与分析

离心透平作为一种结构紧凑、气动效率较高的新型透平类型,在中小型工业汽轮机以及余能利用等场所中具有良好的应用前景。本文借鉴常规透平的气动设计方法,参考某跨音向心透平的初始设计参数,以过热蒸汽为工质,进行了单级跨音离心透平的一维气动设计。利用CFX等工具根据一维设计对透平进行动静叶优化、数值模拟,并对变工况性能进行计算分析。结果显示该单级跨音离心透平具有良好的气动性能和变工况性能,设计工况效率高达87.36%,且变工况范围较宽。     

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。     

任意旋成面叶栅A类气动杂交命题周角函数型变分有限元解

一、前言 叶栅杂交型气动命题的基本特征是:叶片表面边界条件由几何性质条件和气动性质条件两部分组成,所以它是常规正、反命题的统一和推广,能更好地满足叶栅设计与气动分析的各种需要.A类杂交命题是根据生产中对叶片作局部改型设计的需要而提出的.它只要求预先给定叶片表面的部分形状,其余部分则规定压力(或速度)分布,形状待定.     

离心压气机叶轮内三元流动的计算与分析

第一部分基于[1]的理论、和[2、3]的解法提出一种离心叶轮内三元流动的改进解法,它含两层迭代计算,内层为一系列任意通流截面上沿非正交流面坐标s_1和s_2方向气动热力学方程组的迭代求解,外层为两个相关流场迭代求解,最终得包括延伸域的叶片通道三元解。解法通用于普通、分流及串列叶片叶轮。 第二部分为计算与实验比较,目的是验证发展中的三元解法,并了解和分析离心叶轮内重要的内部流动现象,即无粘解法的适用范围,流面的翘曲,及通流截面是的二次流谱。     

非轴对称端壁与三维叶片联合成型气动设计优化

耦合自适应差分进化算法,非轴对称端壁与叶片联合成型参数化方法和RANS方程求解技术,提出了非轴对称端壁与叶片联合成型设计优化方法。利用该方法,完成了某小展弦比透平叶栅的气动设计优化,并且详细分析了最优设计叶片三维参数化及非轴对称端壁造型对气动性能的影响,验证了本设计优化方法的正确性和有效性。     

透平叶栅大负攻角分离流的实验研究

一、引言 透平在高背压或低负荷下运行时,末级叶片将处于大负攻角下工作,由此产生的分离流是造成叶片失速颤振的根本原因之一。国外对此研究日益重视。Joslyn和Dring等为考察分离对叶片换热的影响,研究了透平叶栅负攻角分离流动,他们应用流动显示方法及简单的气动测量,求得了分离点与再附壁点的位置,但文章没有进一步阐述内部流场的性质及分离流流型。     

叶片端部孔隙结构对透平叶栅气动性能影响的试验研究

减小叶片端部的二次流动能够显著减小叶栅的流动损失.本文通过分析叶栅二次流动的机理,提出了一种减小二次流损失的结构─叶片端部的孔隙结构.并通过试验验证了合理的孔隙结构能达到减小二次流损失的目的.本文分别研究了在透平叶片端部不同位置的孔隙结构对透平叶栅气动性能的影响.发现对于小尺寸的孔隙结构,其对流动控制的能力有限,尽管如此,其还是能够达到减小损失的目的.本文进行了五个攻角下的孔隙结构实验,结果表明:端部前缘孔隙结构与原始叶栅相比,不同攻角下的总压损失分别减小了2.4%、6.8%、6.8%、3.6%、2.7%.本文工作为提高透平叶栅气动性能提供了一种新思路.     

多级轴流透平气动特性计算方法研究

在多级轴流透平子午面中线上建立1.5维欧拉方程组,其中叶片作用力、流体的黏性作用、冷气的作用以源项的形式考虑到方程中,控制方程采用一步时间推进TVD-LW格式进行离散和求解.计算结果表明,该方法能够预测多级轴流透平的平均气动参数分布和气动性能,具有快速、灵活的特点,可以用于求解透平的特性曲线或进行气动优化.     

PG9351FA燃机建模及改烧合成气的通流调整分析

在透平冷却空气量估算的基础上,建立了透平逐级计算、考虑IGV角度对压气机特性曲线影响的PG9351FA燃机变工况模型.针对改烧合成气带来的压气机喘振、通流匹配等问题,分析了关小IGV角度、增大透平通流面积、降低燃气轮机T3温度等几种不同的通流调整措施对燃气轮机最大出力、压气机喘振裕度以及燃气轮机整体性能的影响,提出了一...     

燃气轮机燃用中低热值燃料性能优化方案研究

中低热值燃料燃气轮机对于我国建立清洁高效的能源体系具有重要作用。本文针对某型燃气轮机燃用天然气和中低热值燃料的性能进行模拟研究。单一调节方案结果表明:采用提高压比、关小压气机进口导叶、增加透平通流面积三种方案时性能较好,而降低燃烧室出口温度和压气机出口抽气方案性能较差。对多种复合方案进行比较,发现适当增大透平通流面积、关小进口导叶并允许适当提高压比、降低燃烧室出口温度的四方案联合调节,使燃气轮机性能总体较优。     

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S2流面方法的自发凝结湿蒸汽流动数值研究

基于欧拉S2流面计算程序,发展了一种Eulerian/Eulerian模型的湿蒸汽自发凝结流动数值计算方法,并将其应用于Moses-Stein喷管和某三级低压蒸汽透平性能预测。结果表明,该方法能够较准确地计算喷管中蒸汽的自发凝结现象,与实验结果吻合良好;能够合理预测低压蒸汽透平中湿蒸汽对气动参数的影响及气动参数的真实分布规律,为蒸汽透平提供了快速、准确的气动设计方法和工具。