关于计算透平机械内部准三元流动的S_2流面的讨论

一、关于平均S_2流面 在叶轮机械准三元流动计算中,从原则上讲可以选取任一个S_2流面与多个S_1流面迭代求解。但当从整体上分析叶栅的气动性能或进行叶片的造型时,选取不同定义的平均S_2流面得到的不同解使我们难以唯一地确定一个叶片流道内的平均参数。不同的作者使用的平均S_2流面的定义是不同的。我们给这些不同定义的平均S_2流面标以新的名称以     

平面叶栅叶型的优化设计

本文根据二维不可压紊流附面层理论推导得到平面叶栅叶背优化速度分布的一般表达式,提出按给定的进出口气流条件估算叶背环量的方法,从而具体地确定了叶背的优化速度分布。最后作了一个具体算例,即根据叶背优化速度分布,用中心流线法求解无粘流反问题,得出大致满足各方面要求的压气机叶型,并用S_1流面正问题计算机程序对叶片表面速度分布进行了校验。计算表明:这种叶型的总压损失系数比之于为满足同样进出口气流条件而按常规方法选配的NACA-65系列叶型来说要小。     

叶片倾斜对小径高比环形叶栅下游流场的影响

具有倾斜叶片的环形叶栅吹风买验表明:由于正倾斜叶片叶栅流道内根部附面层被吸入主流区,进入下游流低动量气流的数量显著减少,因此明显降低了下游流场的能量损失.     

对亚音速静子使用一个中心S_2流面与多个S_1迴转面的三元迭代解

根据五十年代初开始建立起来的三元流动通用理论,利用文献[2—5]提供的计算机程序,用一个中心S_2流面和几个S_1迴转面交叉迭代的方法进行了高亚音静子的三元气动设计(反问题)计算。在交叉迭代过程中,静叶前S_1流片的形状和厚度变化及前、后远方的边界条件是一个不易确定的问题。本文通过新近提出的一个满足静叶前间隙中规定气体参量的相当流场的计算方法得到S_1流片的形状和厚度以及远前方周向均匀的进气条件。在迭代过程中熵的处理的一致性也是一个需要考虑的问题。计算结果表明S_1计算中必须适当考虑熵增的影响,以便与S_2流场中的熵值相一致,并能得到较高的迭代精度。这样做后,本文经过四轮迭代,就得到了S_1和中心S_2对应点上的各项参数相对差别都在2％以内的收敛解,并同时得到了满足流量和厚度分布的叶型及其叶面上的压力分布和速度分布,因之是一个可以实用的三元流叶片设计方法。     

S_1流面H型与C型双重网格计算

本文发展了一种S_1流面的H型和C型双重网格计算方法,即首先采用H型网格进行全流场计算,再在叶片前缘附近采用局部C型网格进行加密计算,在生成C型网格时采用了一种组合二次曲线拟合方法以便适用于各种压气机及透平叶型.文中给出的算例表明,本方法是提高S_1流面亚声速绕流计算精度和预测叶栅变工况性能的有效手段。     

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。     

叶轮机械中有旋流准三元设计和全三元分析的联接解

本文介绍了一个将叶轮机械的准三元设计和全三元流场分析解联结起来的计算方法和程序系统,是文献[13,14]所介绍的准三元和全三元计算工作的继续和发展.在本方法中首先使用一个中心S_2流面与一组S_1迴转面迭代进行叶片的准三元设计,接着使用两类普遍S_1,S_2流面交替迭代,对设计出来的叶片进行全三元流场分析解.该计算方法体现了使用中心S_2流面的优点,即很方便地从准三元扩展到全三元计算,程序结构简单,机器内存不需显著增加,可以得到三维空间沿流面直观的流动图形.算例表明该程序在准三元及全三元计算中的收敛性是很好的,在设计实践中可以得到有效的使用。     

任意翘曲S_1流面上气流通过转动叶栅与静止叶栅流场的统一计算

将通过转动叶栅的定常的相对流动和通过静止叶栅的定常的绝对流动相连接,作为统一流场求解.这样在实际的压气机和透平的计算中与S,配合,可以组成多排叶片的同时统一计算,得出多排叶片的准三元和全三元分析计算与设计. 在计算中,采用了广义的Kutta-Jukowsky条件.对最后一排叶片的出气角,中间叶栅的流函数值进行调整.实际计算表明,这种调整是敏感和有效的.计算结果表明:相对于不定常计算,计算比较简单,可供工程使用.     

使用非定常无反射边界条件模拟上游尾迹/叶片排干扰问题

本文采用显式时间推进方法求解二维Euler方程计算了上游尾迹与下游叶片排相互干扰而形成的复杂流场。根据Giles提出的理论编制了无反射边界条件非定常计算程序，取得了满意的效果。进口上游尾迹的特性白尾迹模型给定．预测到了尾迹在叶栅流道内的切割，迁移及剪切等重要的非定常现象。     

使用任意非正交曲线座标系的任意翘曲S_1流面正问题流场矩阵解

本文包括了两个部分内容(1)根据给定的几根流线上的离散点拟合一个光滑的、任意翘曲的S_1流面,并在此曲面上进行计算网格加密.(2)在此任意翘曲的S_1流面上进行亚声速叶栅绕流计算,并给出了计算实例.本文将用此方法拟合的曲面同解析解进行了比较,其误差为0.004％,可见是相当满意的,而且拟合并不复杂,适合于工程上使用.此曲面拟合的方法也适用于其它工程计算。     

叶片正弯对间隙流动的影响

详细测量了常规直叶片与正弯叶片栅间隙内与上、下游流场，比较两套叶栅的实验结果发现：叶片正弯减小了叶顶后3／5轴向弦长范围内的横向压力梯度，并消除了上通道涡，因而大大削弱了泄漏流与瑞壁横流之间的相互干扰，相对漏气量与叶栅流动损失都显著降低．     

透平准三元设计中S_2流面计算探讨

一、引言 自从吴仲华教授创立的叶轮机械三元流动理论广泛应用于叶轮机械的气动设计以来,S_1、S_2两类流面的三元迭代求解方法有了迅速发展。在准三元迭代计算中,由于流线在子午面投影是连续的,若给定远方进、出口参数及间隙站环量,就可一次解出多级叶片中心S_1流场,而S_2流面由于动静叶间有相对运动,在稳定流动下只能计算一有前后延伸空段的单排叶片段,且此延伸空段的参数是多级中心S_2流面计算所没有的。因此为S_1流     

压气机叶栅流场和气动性能的无粘流-边界层迭代计算

本文给出一种计算压气机叶栅流场和气动性能的无粘流-边界层迭代方法.这种方法能够计算叶片后缘附近有紊流边界层分离的流动,考虑了尾迹对主流的位移效应.对一个高亚音速压气机叶栅的最小损失工况,计算得到的叶片型面M数分布、叶栅出口气流角、总压损失系数和试验值符合良好.     

弯叶片对压气机叶片表面流动稳定性影响研究

本文研究了压气机叶栅中采用弯叶片对叶片表面流动稳定及转捩的影响.以风洞测得的叶片表面静压实验数据为基础,通过求解Falkner-Skan方程,获得不同来流马赫数下叶片边界层内气动参数.将以上结果作为边界层的平均流动值,结合数值离散化的正交曲线坐标系线性抛物化稳定性方程(PSE),对边界层流动的稳定性进行特征值分析.计算结果表明,在压气机中采用弯叶片,可改善叶栅吸力面两端区边界层的流动,但同时会恶化叶栅吸力面中部边界层流动的稳定性;合理地匹配选择叶片的弯向与弯量,才能有效地提高扩压叶栅的整体流动稳定性.     

S_1流面跨声流场流函数矩阵解

跨声速叶栅流的计算,可采用时间相关法求解Euler方程,或用松弛方法求解势函数方程和流函数方程。一般说来,时间相关法耗费机时较多,势函数方法仅对无旋流适用。流函数方法适用于二元有旋流的计算,并且边界条件也较为简单,可方便地进行S_1和S_2两类流面迭代得到三元解。流函数方法的跨声计算最大的困难是密度双值问题     

弯扭叶片栅内减少能量损失机理研究的新进展

根据实验结果和数值计算结果的分析，本文讨论了三维流场的压力分布对弯曲叶片型式的影响。进一步揭示利用弯曲叶片减小叶栅通道内能量损失的机理，弯曲叶片可以改变三维流场内的径向、横向和流向的压力分布。对于膨胀叶栅，采用正弯曲叶片可以显著的降低叶栅中的总能量损失系数。对于叶展中部伴有边界层强烈分离的导向叶栅，采用反弯曲叶片将有利于减小总能量损失。     

汽轮机调节级静叶片排内流动分析

本文以数值手段研究了汽轮机调节级静叶栅内粘性流动。数值方法采用三维可压缩粘性流动压力校正算法求解Favre平均的N－S方程及湍流动能k方程和湍流动能耗散率。方程。传统汽轮机调节级静叶栅由于展弦比很小，通道二次流强烈，损失较大。本文分析了采用子午流道收缩及叶片弯曲对降低二次流损失的作用。数值计算的结果同实验结果吻合较好。     

汽轮机次、末两级弯扭静叶的工程设计与实验研究

本文的主要目的是讨论弯扭叶片在大功率汽轮机低压缸末级和次东级的工程应用问题。具有弯扭叶片的通流设计方法采用基于求解欧拉方程的Ｓ２流面正问题计算，静叶栅的实验是在环形叶栅实验风洞上进行的，通过对计算结果和实验结果的分析，本文讨论了弯扭叶片在次、末两级中对改善流场的作用。     

鼓包前缘叶片在环形叶栅中应用的探索

鼓包前缘叶片具有特殊型式的前缘。本文对所选的初始叶型进行鼓包前缘造型,采用三维CFD数值模拟方法,探究鼓包前缘叶片对环形叶栅气动性能的影响,并初步探寻鼓包前缘叶片对流场的影响机理及规律。计算结果表明:在大攻角的情况下,鼓包前缘叶片可以明显改善环形叶栅的流场结构,减小叶栅分离区范围,可使总压损失系数减小约15%。环形叶栅势流区近S1流面的叶栅损失减小约35%。说明鼓包前缘叶片可以显著提高环形叶栅的气动性能。     

有间隙弯叶片近壁面静压分布对叶栅气动性能的影响

对具有叶顶间隙的直叶栅、正弯叶栅和反弯叶棚的近壁画静压和出口流场进行了测量，实验结果发现：叶片正弯减小了叶顶中后部的横向压力梯度，削弱了泄漏流与端壁横流及其相互作用，使下游流动损失明显降低；叶片反弯也削弱了泄漏流动，但下游流动损失比其它两套叶栅大．