动力透平叶栅的多工况气动性能优化

利用CFD软件NUMECA中的叶轮机械优化设计模块DESIGN-3D,对1组动力透平静叶栅在进口攻角分别为4.12°、-5.88°、-15.88°、-45.88°、-65.88°5种工况进行了气动性能优化。优化结果显示,叶栅在该5种工况下等熵效率均有所增加,总压损失均有所减小。分析叶栅叶型优化前后的流动特性,发现叶型优化后叶栅的二次流在各工况下均有所减小,并且对叶栅在大负攻角下的分离流动起到了一定抑制作用。     

基于人工神经网络和遗传算法的动叶可调轴流风机后导叶数值优化

以自主设计的单级动叶可调轴流风机模型为研究对象,建立了基于人工神经网络和遗传算法的三维气动优化设计模型,在设计点对后导叶进行三维气动优化生成优化叶型,并运用全通道三维数值计算方法对后导叶优化前后的风机整体性能进行数值模拟。模拟结果表明:与原始叶型相比,设计点优化叶型风机效率提高了1.1%,风机全压提高了2.1%;非设计点风机效率提高了8.6%,风机全压提高了20.3%。通过进一步对叶轮级内部流场分析可知,无论是在设计点还是在非设计点,优化叶型较原始叶型不仅表现了更强的抗气流分离能力,而且能够有效抑制叶栅通道内低能流体团的径向迁移,因而优化叶型显著减少了叶栅通道内部的流动损失。     

遗传算法原理及其在透平机械叶栅优化设计中的应用

该文将遗传算法应用于透平机械叶栅的优化设计 ,建立起以极小化叶栅背弧实际压力与理想压力均方差为目标函数 ,以叶栅几何参数为变量的优化设计模型。优化实例结果表明 ,此算法的应用将改善叶栅内部的流场 ,提高叶栅的气动性能。     

基于进化算法的压气机叶型多目标优化设计

该文发展了基于进化计算和Navier-Stokes方程求解技术的压气机叶型气动多目标优化设计技术。压气机叶型气动优化设计目标是静压升最大和总压损失最小。文中采用Bezier曲线参数化叶栅几何型线、相应的控制点坐标作为设计变量：压气机叶型气动性能采用Reynolds平均Navier-Stokes方程和Baldwin—Lomax代数紊流模型进行评价；采用实数型多目标进化计算作为优化算法对叶型进行优化设计。优化设计结果得到一组Pareto解集，并且将特定的Pareto解和初始叶型进行详细的气动性能分析比较。优化设计结果证明了该文发展的多目标优化设计技术的有效性和实用性。     

一种压气机叶型气动性能的数值和试验研究

压气机跨音叶型设计中大量应用了定制叶型设计技术,目前这种设计方法在亚音叶型设计中也逐渐获得了应用。在设计过程中评估压气机叶型气动性能是其中重要的一环,数值模拟和试验研究是常用的手段,研究过程中还可以使用试验结果修正数值模拟方法。通过数值模拟手段研究了不同来流马赫数条件下的叶型冲角特性、叶型表面等熵马赫数分布和冲角对气流转捩位置影响等内容,研究表明叶栅具有良好的气动性能和较宽的工作范围;开展了叶栅试验研究,校验了数值计算方法分析结果的准确性,表明在设计状态下叶栅特性吻合良好,误差很小,在偏离设计状态下,误差较大。最后,根据数值模拟和试验结果拟合并验证了该叶型的冲角-总压损失、冲角-落后角经验公式,可以在后续程序中使用该结果。     

前后加载叶型的试验研究

后加载层流叶型弯曲成型已在东方汽轮机厂的机组上广泛采用,东方汽轮机厂又新引进了高负荷前加载叶型.本文介绍了2种叶型的平面叶栅和环形叶栅试验结果,对比了2种叶型的二维绕流特性和三维成型后的气动特性,分析了它们的适用条件和特点,对2种叶型今后的应用提供了试验依据和作者自己的观点.图12表1参11     

直接空冷凝汽器加装消旋导叶栅的性能及优化

消除轴流风机进风口处的漩涡可以显著提高风机出力,增加冷却空气流量,有效提升空冷凝汽器的换热性能。以某600MW机组单列空冷单元为例,数值模拟了加装消旋导叶栅对空冷单元流场的影响,计算了空冷单元的换热性能,并对消旋导叶栅的结构参数进行了优化。结果表明,加装消旋导叶栅能明显减弱风机入口处和空冷岛内部的涡旋,缩小风机入口处负压区范围,有效提高了风机出力,并降低了各空冷单元风机入口平均温度,大大提高了空冷机组换热能力。在6m/s工况下,风机容积效率提高了5.4%,换热效率提高了5.2%。当消旋导叶栅叶型结构为NACA6412叶型时,空冷凝汽器的换热性能最佳;消旋导叶栅的最佳导流角度为45°,最佳叶片数量为30,加装多列导叶栅的效果好于单列。所得结论为改善直接空冷凝汽器在环境风工况下的换热性能提供了参考。     

混流式转轮近下环叶栅水洞实验研究

本文介绍了混流式转轮ＨＬ２２０近下环三组叶栅（圆柱展开的实测直列叶栅、设计叶栅及改进叶栅）的水洞能量和汽性能的实验研究成果，分析了三组叶栅叶型细微差别及其对应的能量汽蚀性能之间的区别，阐述了采用快速、经济的叶栅水洞实验研究来有效改善ＨＬ２２０转轮近下环区域的能量、汽蚀特性的原理和方法。     

设计新型叶栅提高低压汽轮机效率

低压汽轮机叶片事故是大型火电厂和核电厂强迫停机的主要原因。提高低压汽轮机叶栅运行性能的第一步是优化叶片长度上的流量分配。最佳的流量分配是将汽流集中到叶型具有最好膨胀效率的那些部位。这意味着降低最后级叶栅的轮毂和尖端部位的质量流。为了实现     

不同攻角下透平叶栅气动性能和优化设计研究

采用数值求解三维Reynolds—AveragedNavier．Stokes（RANS）方程技术对实验测量的透平叶片进行了不同攻角下的气动性能研究。数值模拟得到实验叶片的中叶展处静压分布与实验数据吻合良好,验证了数值方法的可靠性。研究结果表明实验叶片具有良好的攻角适应性,只有在大负攻角时才会发生流动分离而导致气动性能下降。为了进一步提高实验叶片的气动性能,采用结合叶型参数化造型、气动性能分析和全局优化算法,对不同攻角下的叶片气动性能进行了优化设计。优化设计结果表明,所得到的优化叶型具有优良的气动性能和攻角适应性。     

叶片前缘气膜冷却离散孔下游湍流特性试验研究

以NASA发布的燃气轮机叶片为研究对象,风速设定为10m／s;以热膜风速仪为测量工具,在气膜冷却叶片压力面和吸力面下游指定位置沿不同叶高湍流度进行测量。实验结果表明：随着射流比的增大,压力面和吸力面主射流掺混中心有上移的趋势且掺混中心扰动强弱受当地吹风比影响较大;在压力面叶片型面曲率梯度较大处,沿壁面流动的风速增大导致回流、扰动加强及混合流体的贴壁性变差;吸力面流体近尾流区域在大吹风比下扰动反而减弱;叶片表面的湍流度受到射流比、壁面曲率梯度大小及方向等多方面因素的影响。     

叶片背弧加工系统的技术改造

介绍了一种经过技术改造后的叶片加工系统。用该系统加工叶片背弧可以实现加工过程的自动化，而且表面质量明显提高．图３表１．     

渣浆泵ADI叶片的磨蚀特性分析

在实验进行了渣浆泵ADI叶片的模拟磨拟磨蚀试验,并在扫描电镜（SEM）下观察ADI叶片破坏的宏观和微观形貌,结果表明ADI叶片的磨蚀情况不同于灰口铸铁等一般脆性材料,叶片的磨蚀主要集中在头部,中部至尾部的吸力面和压力面等部位,其中以尾部吸力面的破坏最为严重,结合水力条件分析叶片的磨蚀特性可知,叶片不同部位的磨蚀差异是由于 在叶片不同位置的水流特性的不同所致。     

水轮机特性曲线三维数值处理

水轮机特性曲线的数值查询和处理是水电站过渡过程数值模拟计算的重要组成部分,其插值精度直接影响过渡过程数值计算的最终结果.目前,对于水轮机特性曲线的处理方法常用表格插值法和曲线(曲面)拟合法,但这两种方法在实际使用上存在一定的缺点,为此,提出了插值效率更高的三维曲面拟合法.对于水轮机小开度运行区域的数值模拟采用三次样条曲线拟合及内插法比采用多项式插值方法使(单位流量一开度)曲线具有更高的光滑性,数值估计段与已有模型综合特性线段有较好的连接性,使得估计段的数值更加接近真实值,减小估计误差.     

燃气轮机旋转状态下的动叶气膜冷却效果数值模拟研究

采用数值模拟的方法研究了旋转对叶片气膜冷却效果的影响,详细对比了不同吹风比下叶片在旋转和静止状态下的气膜冷却特性,并用平均气膜冷却效率和不均匀系数评估了气膜冷却效果。结果表明：在叶片压力面,叶片的旋转使得射流气体从气膜孔流出后法向动量增大,与主流掺混作用加强,从而使得叶片压力面气膜冷却效率值低于静止状态;在叶片吸力面,叶片旋转使得冷却气体流出后法向动量减小,能够更好地贴附在叶片表面向下游流动,使得旋转时叶片吸力面气膜冷却效率要优于静止状态,并且叶片后沿的平均气膜冷却效率较静止状态有显著提高;旋转状态下叶片表面的不均匀度系数要略大于静止时叶片表面不均匀度系数。     

Investigation of Nozzle Cascades of a Turbine Stage

Two different nozzle cascades designed for an LP aircraft turbine have been investigated. The cascade had large convergence, a moderate curvature of the airfoils, and it flowed over so that the outlet subsonic velocity was high. It was designed for a flow inlet angle of α₀ = 63.5°, an outlet angle of α₁ = 28.6°, and a reduced isoentropic outlet velocity of λ₁ = 0.93. Having the same width of 41 mm, the first cascade was made up of 5.9 mm thick profiles, while the second one from 4 mm thick profiles. To improve the efficiency of the second cascade, the suction side curvature near the trailing edge decreased more sharply, which yielded a smoother velocity distribution over the suction side according to the design calculation. However, calculations of a viscous flow in the second cascade revealed no tendency towards a decrease in the profile losses. The experiments demonstrated that both cascades featured a high efficiency on the ranges of λ₁ = 0.80–0.98 and α₀ = 52°–69°. It is important that the design mode with respect to λ₁ coincided with the mode giving the lowest energy losses. The first cascade from thicker profiles was more efficient than the second cascade where, with the same overexpansion of the flow on the suction side, the critical velocity was attained just downstream of the throat while it was shifted to the trailing edge in the first cascade. A slight flow deceleration on the suction side did not result in a local velocity equal to the velocity downstream of the cascade, and a flow separation occurred near the trailing edge at λ₁ ≥ 0.93. It is these features of the flow in the second cascade that are responsible for an increase in the profile loss coefficient by 0.26% under the design operating condition.     

透平中混合加载叶片成型设计研究

在叶片弯扭联合设计方法的基础上,提出了混合加载叶片成型,即在叶片二次流损失严重的端部区域使用后加载叶片成型,在二次流影响较弱的中部区域使用前加载叶片成型。结果表明:混合加载叶片子午面的压力呈C形分布,可控制径向二次流损失;合理匹配叶片安装角可进一步降低静、动叶片中的二次流损失。     

按输出力特性曲线设计凸轮轮廓曲线

针对以往设计断路器弹簧操动机构均是先确定满足动触头速度特性的输出力特性;再根据所需输出特性按照功或功率相等的等效原则计算动触头各行程下的凸轮轮廓半径;最后拟合出凸轮轮廓曲线。文中以设计真空断路器弹簧操动机构上配备的摆动滚子从动件盘形凸轮合闸行程中的轮廓曲线为模型,在以往的设计方法上提出了利用速度瞬心和微积分原理求得凸轮轮廓曲线的方法,该方法解决了传统设计方法繁琐的重复计算,不仅能方便的得到满足输出力特性曲线的凸轮轮廓,并能快速得到凸轮上各行程的压力角。用该方法得出的真空断路器合闸过程中的凸轮轮廓曲线与实际凸轮轮廓曲线进行对比,验证了方法的正确性,对设计弹簧操动机构中满足理想合闸特性的凸轮轮廓具有一定的借鉴意义。     

带前置诱导轮的复合叶轮型离心泵数值分析

以对带前置诱导轮的复合叶轮型两级离心泵的流动为研究对象,分析了设计工况下离心泵内部的定常流动。利用计算后的离心泵性能参数绘制其性能曲线,并与实验得到的性能曲线作对比,证明数值分析在一定程度上的可靠性。基于数值计算准确性的前提下,分别计算短叶片不同偏置位置的流场,对比计算后绘制的性能曲线,说明短叶片向吸力面偏置可以改善离心泵内部的外特性。     

叶顶间隙对多相混输泵多工况增压性能的影响

叶顶间隙的存在会导致混输泵内有叶顶泄漏涡产生,进而对泵的增压性能产生较大的影响。本文以叶顶间隙为基础,定量地研究了不同叶顶间隙、流量及进口含气率对混输泵增压性能的影响。研究发现：叶顶间隙对混输泵做功性能的影响主要位于叶轮域内,且叶顶间隙的增加对于混输泵的做功性能有一定抑制作用;当叶顶间隙较小时,流量对叶轮做功性能都有明显的影响,而随着叶顶间隙的增加,流量对叶片表面压力载荷分布影响相对较小;当叶顶间隙为0.5 mm和1.5 mm时,随着进口含气率的增加,叶片吸力面压力载荷逐渐减小,而压力面的压力载荷略有增加,而当叶顶间隙为1.0 mm时,叶片表面压力载荷受到进口含气率影响很小。研究结果为混输泵增压性能提升提供一定参考依据。