1200mm末级超长叶片全三维工程设计的数值研究

采用汽轮机全三维粘性流场计算程序,通过优化匹配静、动叶和合理选择流道内的各项气动参数,成功地完成了全速机组超长1200mm末级叶片的工程设计。对设计结果的数值验证表明,后加载的弯扭静叶片使得流道内的流动均匀加速,从而减小叶型与二次流损失,并为动叶提供优化设计方案。在动叶下半部分采用后部加载叶型,在上半部分采用专门设计的超音速叶型,可降低激波及激波与边界层相互作用损失。     

跨音轴流压气机动叶的三维弯掠设计研究

对一单级跨音轴流压气机中的动叶分别进行了前掠和正弯设计的参数研究,并根据研究得到的弯、掠动叶气动性能变化规律对动叶进行了前掠和正弯联合的三维设计,同时对动叶中部截面的叶型进行了二维设计以弥补弯掠动叶中部性能的降低.最终设计的跨音级性能显著提高,级最大效率提高3%,失速裕度提高40%,同时压比有所增加.数值计算结果表明,前掠和正弯叶片都可以使叶顶激波位置移向下游,降低激波强度,减轻叶顶激波与边界层和泄漏涡的作用.弯掠动叶控制激波强度和端壁流动的能力更加突出.     

基于UG的超声速叶型造型设计方法

以某火电汽轮机末级叶片顶部截面的超声速叶型为原型,采用样条曲线和圆弧形成封闭叶型,通过UG使得叶型全参数化并保证曲线连续可导,并基于CFX做超声速叶型的气动计算,分析叶型流动损失的机理。将效率最高、损失最小作为寻优目标,基于优化模型调整可变参数,寻求最优解,完成了超声速叶型的优化。研究成果可为超声速叶型的型线设计提供参考。     

轴流压气机叶型的类 形函数表述方法及气动优化

利用分析函数表示叶型中弧线与厚度分布,结合准三维流动求解器以及序列二次规划算法对高负荷级的动叶和静叶进行了以减小落后角和气动损失为目标的气动优化。初始叶型为NACA 65叶型,中弧线采用广义抛物线表示,只用最大拱度和最大拱度位置控制;厚度分布采用一阶类/形函数表示,只用一个比例因子KR控制。叶型几何只用3个参数变量,实现对初始叶型的表达。优化后动叶和静叶设计点损失分别下降19%和7.4%,工作范围均有增加,静压比提高,优化叶型的气动分布符合可控扩散叶型的设计思想。     

轴流压气机叶型的类/形函数表示方法及气动优化

利用分析函数表示叶型中弧线与厚度分布,结合准三维流动求解器以及序列二次规划算法对高负荷级的动叶和静叶进行了以减小落后角和气动损失为目标的气动优化。初始叶型为NACA 65叶型,中弧线采用广义抛物线表示,只用最大拱度和最大拱度位置控制;厚度分布采用一阶类/形函数表示,只用一个比例因子KR控制。叶型几何只用3个参数变量,实现对初始叶型的表达。优化后动叶和静叶设计点损失分别下降19%和7.4%,工作范围均有增加,静压比提高,优化叶型的气动分布符合可控扩散叶型的设计思想。     

高效宽负荷汽轮机通流气动技术研究

文章针对高效宽负荷汽轮机中的通流气动技术进行了研究,包括高中压亚音速叶型设计、低压超音速叶片优化和低压排汽缸气动优化。亚音速叶型设计的主要目的是提高其宽负荷性,对新设叶型进行了叶栅试验和多级透平试验,新设的亚音速叶型不仅能量损失得到了降低,且攻角适应性更好;优化末级动静之间的匹配参数、静叶流型和弯曲规律及动叶型线的扭转规律,并对末级变工况性能进行分析,末级收益达到了预期收益效果;对低压排汽缸汽流的流动机理进行了深入分析,以削弱或消除通道涡为目的对排汽缸进行优化,极大程度改善了排汽缸的性能。     

叶栅内凝结激波与气动激波干涉的数值研究

对自发凝结两相流动中凝结激波与气动激波之间的干涉进行了数值研究,气相采用N-S方程,液相凝结过程应用构造的多阶复合参数进行积分求解.模拟得到的数值纹影图显示了不同出口马赫数情况下汽轮机叶栅中过热蒸汽流动和自发凝结流动激波系的分布.结果表明:凝结激波会影响气动激波的强度和出口气流角,消弱气动激波在吸力面反射引起的边界层分离现象,增强尾迹的强度,并影响相关损失的产生.     

基于NURBS曲线的离心透平叶型设计

针对离心透平的环列叶栅叶型,采用四段三次NURBS曲线(非均匀有理B样条曲线),分别对前缘圆弧、尾缘圆弧、叶背、叶盆进行参数化表达,环列叶栅叶型的设计自由度为14个,可灵活进行局部调整。采用高精度流场模拟方法,基于优选法,获得气动性能较高的设计参数。结果表明上述方法简单易行,优选出的离心透平级设计工况及变工况气动性能都得到了显著提升,与已有文献相比,单排静叶总压损失系数降低18.85%,整级轮周效率提高4.08%,动叶叶片数也减少17个。     

叶栅稠度变化对带附面层抽吸的动叶流场的影响

对带有附面层抽吸的跨音速压气机动叶改变叶栅稠度后的流动特性进行了数值计算。详细分析了叶栅稠度和激波强度、叶片表面静压分布等参数之间的关系。结果表明,稠度过小,会使叶片负荷太高;稠度过大,反而会使损失增加。叶栅稠度对压气机动叶气动性能有重要意义。     

叶片吸力侧反曲率设计对流道内激波强度影响的研究

现代航空燃气轮机负荷升高,流道内马赫数提高,激波损失增大,流动熵增增加,气动效率下降,能量损失增加.在大功率高负荷航空燃气轮机中,激波对气动性能影响更加明显.本文对某型航空发动机涡轮叶型进行了改型设计,分析了在不同出口马赫数条件下激波的结构,研究了通过控制激波强度以减小叶型损失的方法.研究发现,吸力侧带有反曲率弧段的叶型对于控制激波强度、减少能量损失作用明显.