沟槽面对扩压叶栅表面流态的影响

采用油流显示技术研究了沟槽面扩压叶栅表面流动的拓扑结构,通过与光滑叶栅壁面流动拓扑图像的比较,发现沟槽面能抑制叶背附面层的发展,减小附面层内低速流体的展向流动,减弱叶背附面层与叶背角区旋涡的相互作用.随后用总压耙对栅后流场进行了测量,和光滑叶栅测量结果相比,沟槽面叶栅端壁区总压损失低,主流区沟槽面叶栅尾迹宽度变小、损失降低,证实该非光滑面能减小叶栅二次流损失.     

端壁射流控制扩压叶栅内流动的参数研究

以50°折转角扩压叶栅为对象,数值研究了端壁射流参数对栅内分离流动的影响规律。结果表明:端壁射流可以有效减弱扩压叶栅内的流动分离,马赫数为0.23时最高可降低9.5%的总压损失;射流诱导旋涡可以阻止通道涡的横向迁移,并将主流高能流体卷入角区,角区流体动量增加;流向涡的位置与强度对控制效果有较大影响,其合理位置是叶栅前方、靠近吸力面,并且强度应适中以避免过大的掺混损失;在入口高马赫数条件下也取得了良好的效果。     

射流旋涡发生器对高速扩压叶栅端区流动的影响

在进口马赫数Ma=0.67的高速平面扩压叶栅端壁采用射流旋涡发生器以控制其二次流动。数值模拟结果表明:射流旋涡可有效抑制端壁附面层横向迁移,增强端区与主流间的流体掺混,从而显著减弱角区低能流体堆积,推迟吸力面侧流动分离,减少栅内损失,增强气流折转能力。随着来流冲角的增加,栅内损失减小越明显,当i=4°,仅采用相当于叶栅进口流量0.2%的射流量,即可使得总压损失减小高达13%。     

雷诺数对涡轮叶栅流动的影响

本文利用数值模拟手段模拟了涡轮叶栅内部三维流动,分析了雷诺数对涡轮叶栅内部流动图画的影响。结果表明在低于自模化雷诺数条件下,雷诺数的降低将对涡轮叶栅吸力面边界层的发展产生严重的不利影响。雷诺数降低至一定程度,将导致吸力面出现严重的分离,端部二次流流动相应加剧,使低雷诺数情况下涡轮叶栅性能恶化,在设计中应予充分重视。     

附面层抽吸对高负荷扩压叶栅流动及负荷的影响

实验研究了低速条件下附面层吸除对某高负荷扩压叶栅流动及负荷的影响,测量得到了出口二次流速度矢量和型面静压分布,并对壁面做了罹迹流动显示.结果表明,抽吸低能流体有效抑制了分离流动,在分离点后采用较大吸气量时效果更好;吸气量越大,角区低能流体的积聚逐渐减弱,叶栅负荷随之增大,且叶展中部负荷的增加程度大于端部.     

开式向心涡轮背部间隙流动特性的研究

对开式向心涡轮背部间隙流动特性进行计算分析,计算结果和实验符合较好。分析结果表明:背部间隙泄漏流量远小于叶顶间隙泄漏流量,但两者损失大小相当,可见背部间隙与叶顶间隙虽然在形式上相似,但流动特性及损失机理有所不同;背部机匣刮削效应增强了展向二次流强度,在吸力面附近出现较大的高熵区,同时背部间隙泄漏流在展向二次流的带动下源源不断向叶顶方向运动,与主流形成较强的掺混;相比之下,叶顶机匣刮削流和展向二次流相互抵消,叶顶间隙泄漏流被展向二次流限制在叶顶壁角附近,掺混损失相对较小。     

前缘弯掠影响子午加速风机内流的研究

本文采用三维Navier-stokes方程和k-ε两方程湍流模型,对前缘弯掠子午加速风机的内部流场进行数值分析。通过实验数据、设计参数与计算结果对比,验证数值方法模拟该转子内流场的可靠性。研究揭示了前缘弯掠叶轮的流动机制:前缘弯掠叶轮消除了基准叶轮前缘存在的回流,将端壁区域的低能流体吸收到叶片中部高能主流中,减弱了端部低能流体的聚集,从而减弱了流动损失和流动阻塞,前缘弯掠叶轮出口尾迹衰减比基准叶轮快。证明前缘弯掠改善了叶轮内流及前缘弯掠设计的有效性。发现弯掠叶片的静子在小流量工况,其叶片吸力面附近端壁的低能流体被主流携带往下游的二次流特征,改善了小流量工况下静叶的内流状态。     

含分流叶栅或串列叶栅的S_1流面上可压缩流动矩阵解

基于六十年代提出的使用任意非正交曲线坐标和非正交速度分量的叶轮机械内部三元流动基本方程,本文提出一个求解含分流叶栅或串列叶栅的S_1流面上可压缩流动的方法.将广义儒可夫斯基条件同时应用于主叶栅与分流叶栅的尾缘以确定叶栅中的流最分配和出气角。整个流场是使用矩阵法求解流函数万程得出的。 这种方法可推广用于求解串列叶栅问题,含两个分流叶栅的S_1流面流动问题,以及含分流环的S_2流面问题。典型算例显示了本文方法的工程实用性。     

大折转角弯曲扩压叶栅变冲角性能研究

实验研究了叶片正弯曲对某大折转角扇形扩压叶栅变冲角性能的影响。结果表明,叶片吸力面表面静压沿展向呈现明显的“C”型分布,促使端部附近低能流体向中径处迁移,且冲角越大,叶展中部低能流体积聚越多,损失增加明显;零冲角和负冲角时,15°、20°弯角正弯叶栅总压损失低于直叶栅,正冲角时情形相反,而25°弯角正弯叶栅损失在所有实验冲角下均大于直叶栅。因此,慎重选择设计参数是在大折转角扩压叶栅中成功应用叶片弯曲技术的前提。     

叶轮S2流面气动半反问题通用解法的改进

经典S2流面方程在应用中,需要根据计算对象是轴流或径流式叶轮,选择求解的主方程,以避免求解中出现不稳定.本文建立了S2流面半反问题的通用方程,能够直接适合多种形式的叶轮.其次,建立S2流面的环量分布方程,使得在设计环量约束条件下,同时满足了库塔条件,而且环量的空间分布更加光滑连续.第三,提出了S2流面生成的方程,达到了S2流面的光滑性及其与流动的一致性.通过在轴流、向心混流两个计算案例的应用,证明了本文方法的可行性.     

涡轮叶栅端壁区非定常流场显示

用氢气泡法流场显示技术,获得了不同攻角、不同径向间隙下涡轮平面叶栅端壁区内各种旋涡的发生、发展、涡－涡干涉、涡－附面层干涉的非定常流动图画,加深对涡轮端壁区流动结构的认识。     

单转子压气机设计状态和近失速状态出口三维紊流流场

用单斜丝详细测量了单转子压气机设计状态和近失速状态转子出口的三维素流流场。结果表明，设计状态叶尖泄漏涡和端壁附面层的掺混是造成尖部流动损失、气流阻塞和亲流脉动的主要原因。近失速状态流动三维性和非定常性较强；尖部吸力面角区轴向速度最低、相对动能损失最大；吸力面附面层径向潜移、叶尖吸力面角区低能团周向潜移及其输运的低能物质在尖部通道中部与叶尖泄漏流、泄漏涡、刮削涡发生掺混，造成尖部大范围的高损失区；根部和尖部吸力面阻面层局部发生分离。     

涡轮叶片端壁槽缝气与离散气膜孔冷却特性实验研究

真实发动机涡轮叶片端壁为曲面造型,并且其冷却受槽缝气、泄漏流和离散气膜冷却多种冷却气叠加影响,同时又受到主流二次流影响,因此呈现复杂冷却特性。为研究接近真实发动机涡轮叶片端壁构型和工况下的气膜冷却特性,本文采用高速风洞(主流雷诺数为37万)及压敏漆(PSP)技术,研究了槽缝气、泄漏流以及离散气膜对曲面端壁的气膜冷却效率的影响,并针对不同冷气流量比对端壁气膜冷效的影响规律进行了对比分析。结果表明:端壁表面气膜冷效随着槽缝气流量比增大而增大,当流量比增大到1.71%时,槽缝气膜几乎可以覆盖整个端壁表面;与槽缝气相比,端壁表面的离散气膜冷气覆盖范围较为有限,端壁压力面侧下游区域气膜覆盖较差;在喉部之前,随着流量比增大,离散气膜冷效呈现下降趋势;在喉部之后,随着流量比从1.3%增大到1.9%,离散气膜冷效呈现上升趋势;与仅有离散气膜相比,包含槽缝气、泄漏流、离散气膜的全气膜覆盖更为均匀,全气膜冷效的叠加使得端壁冷效相比仅有离散气膜时整体提高了93.4%。     

合成气压缩机循环段流动性能分析

合成气压缩机循环段由于高压和流动空间限制,难以测量内部流动参数,导致无法从工程上判断循环段流动性能。为此本文建立了高压缸出口段、混合腔和循环段叶轮流道模型,采用合成气物性,在约14.4 MPa(A)的高压进口条件下,使用CFD的方法研究了循环段内部流动混合发展规律。选取常用的七种损失模型评估了叶轮内损失,并研究了混合腔对下游叶轮性能的影响。结果表明混合腔内呈现出明显的二次流动,随着流动向下游发展,流场变得越来越均匀。混合腔损失、叶片负载损失和尾迹损失是主要的损失源。由于上游混合腔的影响,带有混合腔的叶轮的压比和效率低均低于单独均匀进口叶轮情况,且其工况范围更窄。本文的结果可为新型合成气压缩机产品的设计提供参考。     

轴流压气机转子叶尖泄漏涡和尾迹在静子尖区的传播

用三维激光多普勒测速系统测量了轴流压气机设计状态转子叶尖泄漏涡和尾迹在静子尖区的传播过程。结果表明,转子叶尖泄漏涡和转子尾迹周期地扫过静子通道尖区,导致该区出现周期性的流动阻塞和脉动。转子尾迹在静子通道内追赶上从前一转子叶片通道内下来的叶尖泄漏涡,二者的相互作用和掺混导致静子尖区更为复杂的二次流动。同转子尾迹相比,转子叶尖泄漏涡对静子尖区的影响更为明显和深远。静叶尾部吸力面出现流动分离,分离流同低能物质之间发生相互作用和掺混。     

离心压缩机级内三维粘性流动数值分析

本文介绍了用时间推进法进行离心压缩机级内全三维粘性流场的计算方法．该方法是作者在已完成的求解孤立叶排Ｎ－Ｓ方程的计算程序的基础上发展的，通过使用周向非均匀的叶排间隙混合平面概念来考虑离心叶轮与扩压器之间的相互影响，并依据质量守恒原则，对下游的进口气流角进行了修正，以保证了上下游叶排在相容的流动特性下工作．完成了离心压缩机级（包括叶轮与扩压器）三维粘性定常流场的计算及性能预测．应用本文所发展的程序，对某高炉鼓风机的叶轮及其叶片扩压器进行了计算．     

加装旋转叶片T型通道内流动混合的数值模拟

本文采用大涡模拟方法对加装旋转叶片的T型通道内冷热流体流动混合过程进行了数值模拟研究.在主管支管管径比为2:1的条件下,探究旋转叶片对T型通道内冷热流体混合的影响机理.通过对比分析有无叶片的T型通道内温度场,发现加装旋转叶片能够加快通道底部和对称面两侧流体的温度混合从而缩短通道内的混合长度,同时能够减小y轴方向的平均温...     

半开式离心叶轮变工况间隙流动特征

针对叶顶间隙对半开式离心压缩机叶轮内部流场和气动性能的影响,采用数值方法研究了不同工况下叶轮流道及间隙处的流场规律,对比分析了小流量、设计和大流量三个运行下况下叶顶马赫数分布、叶顶载荷与间隙泄漏量、间隙泄漏涡特征的变化,以及叶顶间隙随进口流量变化对叶轮气动性能的影响,得出间隙涡流在通道中下游与主流相互掺混是引起半开式叶轮能量损失的主要原因。     

采用端壁边界层抽吸方法抑制时栅二次流的效果分析

１前言叶栅端壁边界层和叶片表面边界层的发展及其产生的各种旋涡和分离流动对二次流损失有着重要的影响［１,２］,采用端壁边界层抽吸可以控制叶栅端壁上边界层的发展,从而降低二次流损失并改善出口气流的均匀性。同时,在汽轮机湿蒸汽静叶栅中有时也需在端壁上开设抽...     

空间发展平板混和层流动的大涡模拟-3D与2D模拟的比较

本文利用大涡模拟方法研究了空间发展平板混合层流动,分别在三维模型和二维模型下,比较了大尺度结构涡的演化过程,以及流向速度、流向脉动速度、横向脉动速度和Reynolds应力的统计时均结果,并与实验结果对照,指出3D模拟无论在物理真实性还是预报结果准确性方面都要明显优于2D模拟。