涡轮末级导叶顶部弯曲对气动影响的研究

为了解决1 600℃J级重燃涡轮设计中末级面临的较为严重的气动问题,结合叶片的三维造型技术,通过改变末级导叶径向积叠方式,来改变末级反动度分布,分析叶顶弯曲对叶栅气动性能的影响。研究结果表明,叶片弯曲会改变导叶的出口气流角,从而影响动叶攻角匹配;叶片弯角也会对涡轮级的反动度、马赫数等气动参数产生较大的影响;叶顶正弯30°时,导叶损失最小,与原始设计方案相比能量损失降低17.49%;叶顶正弯20°时,动叶损失最小,相比于原始方案能量损失系数下降2.78%。     

涡轮导向叶栅内流场结构的数值研究

为了详细研究涡轮叶栅的气动特性，深入了解涡轮叶栅流道内的气体流动，对某型涡轮导向叶栅内的流场结构进行了数值模拟。结果表明，对本文研究的叶片弯曲方式，叶片的弯曲能够影响通道涡的位置，但采用弯叶片提高叶栅效率主要是通过降低壁角涡的损失。     

燃气透平静叶栅的弯扭气动设计分析方法

给出了一个适用于弯扭燃气涡轮静叶栅的气动设计分析通流计算方法。采用Ｓ２流面流函数方程做为主控方程，而热力气动参数的计算采用变热比求解方法，损失模型以修正的安利－马歇森模型为基础，二次流损失的计算考虑了弯叶片的影响。用此方法对一小展弦比涡轮级静叶栅进行不同弯曲角的弯扭联合成型气动设计，合理地反映了叶栅内流场特性。     

某跨音速气冷涡轮三维气动优化设计研究

为了提高跨音速气冷涡轮的效率,减小涡轮内的二次流损失,基于弯叶片设计方法,编制了弯叶片生成程序,同时借助优化设计方法,对某高压涡轮进行了气动优化设计。优化过程中,在导叶中应用弯叶片技术,同时优化动叶进出口气流角,以适应动静叶间匹配的变化。优化结果显示,在流量及功率变化不大的前提下,级效率较原型提高0.3%。效率提高的主要原因是优化后导叶中横向二次流损失减小。     

多级涡轮三维黏性流场的数值模拟

采用多叶片排网格生成技术，利用实质为标准κ-ω模型的改进型BSL双方程湍流模型对一个四级低压动力涡轮进行了数值模拟，其中多叶片排间参数传递采用“混合平面”方法。通过设计工况下计算结果和设计参数的对比，分析了此型多级涡轮的气动特点。末级导叶正弯优化设计显示弯叶片提高了此型多级涡轮的通流性能，同时也表明了弯叶片优化设计时进行多级黏性流匹配计算的必要性。     

导叶约化中心位置对涡轮非定常气动计算的影响

针对工程上常用的基于叶片数约化的涡轮非定常计算方法,为了掌握导叶约化中心位置对于涡轮内部流动非定常计算结果的影响规律,对导叶前缘约化、导叶尾缘约化、不约化三个算例进行了非定常计算与对比分析。研究结果表明:导叶前缘约化方式对于涡轮气动性能时均值影响量级在1%以上,而导叶尾缘约化方式的影响不到前者的1/2;两种约化方式均能捕捉到导叶中的主要流动特征,但前缘约化方式导叶吸力面的吸力峰更强,导叶出口的气流角与马赫数更大;前缘约化方式转静之间的势扰动更强,导叶尾迹也更强,导叶尾缘与动叶前缘上的压力波动更强。根据研究结果,对涡轮性能与流动的影响来看,同导叶前缘约化方式相比,导叶尾缘约化方式非定常计算结果同无约化方式更接近,故若采用导叶约化进行非定常计算,应优先采用导叶尾缘约化方式。     

基于流固耦合的变几何涡轮叶片传热特性研究

本文利用流固耦合数值模拟分析的方法,对某型船用燃气轮机涡轮可变几何导叶进行了气动与传热分析。在同一工况下,当导叶调整旋转角度分别为-3°、0°、+8°时,涡轮导叶叶片表面以及叶顶端区传热特性会发生改变。经计算发现:对整体导向叶片而言,叶片旋转轴所在的圆盘部位平均温度较低,圆盘所在区域的热应力分布相对较高;导叶旋转角度的变化不会从根本上改变流场及叶片表面的压力分布,但会改变泄漏涡发生的初始位置以及涡核的拓展区,从而降低了泄漏涡对压力损失造成的影响,由于固体叶片具有良好的导热特性,改变导叶角度不会大范围地改变叶片表面的温度分布及热应力分布。     

基于某型压气机静叶的端弯改型数值模拟

以某重型燃气轮机压气机的第15级为研究对象,采用端弯叶片技术对其静叶进行改型,通过数值模拟研究了静叶改型对压气机气动性能的影响。数值模拟结果表明:通过端弯叶片改型,能够有效地抑制端区分离流动,从而明显提高压气机的效率和压比。     

采用弯叶片控制高负荷涡轮叶栅内附面层迁移的机理分析

对具有128.5°折转角的高负荷平面涡轮叶栅的内部流场进行了数值模拟.结合前期的实验结果,并利用拓扑学理论,详细分析了弯叶片对叶栅内附面层发展及旋涡运动的影响.结果表明,以通道涡为主的集中涡系在高负荷涡轮叶栅中部强烈掺混,使得中部的能量损失系数(0.56)明显高于端部(0.07),这是反弯叶片能改善此类叶栅整体气动性能的原因.对附面层迁移理论作了进一步讨论后指出,在高负荷涡轮叶栅内采用弯叶片减少二次流损失时应重点考察自由涡层的迁移.     

弯曲叶片涡轮叶栅二次流损失计算经验模型

根据倾斜、复合弯曲平面叶栅的实验数据的分析,提出了一个适用于弯扭气动成型设计的涡轮叶栅的二次流损失计算模型,此模型反映了叶片倾角、展弦比、叶栅稠度等诸因素对二次流损失大小以及分布规律的影响。用此模型预估了直、弯两种叶片形式下的一小展弦比燃气涡轮导向器的损失值,模型计算值同试验测试结果吻合得很好。     

船用燃气轮机动力涡轮可调导叶级的流场结构

基于耦合求解可压缩Favre平均Navier-Stokes方程及Menter的Baseline（BSL）双方程湍流模型．本文对一个考虑可调导叶设计的船用燃气轮机变几何动力涡轮进行了全流场的三维粘性数值模拟。计算结果表明,采用可调导叶技术,涡轮各级热力反动度发生了明显变化;可调导叶级的流动特性变化更显著影响变几何动力涡轮的气动性能;选取具有良好冲角适应性和跨音速性能的可调导叶是船用燃气轮机变几何动力涡轮气动设计的一个关键技术。由此,根据数值计算结果．重点分析可调导叶级的气动特性及其流场结构。     

动叶正弯对压气机性能影响的数值研究

对某多级高亚音轴流压气机的第七级动叶叶片进行了正弯设计的参数研究,得到了适用于所研究压气机的弯动叶气动性能变化规律,数值研究结果表明:对于正弯叶片,弯角和弯高存在一个最佳数值.动叶正弯改善了压气机级的气动性能,提高了整级的效率和压比.     

周向弯叶片对动叶可调轴流风机气动性能影响的数值模拟

为了有效改善轴流风机气动和声学性能,以带后置导叶的OB-84型单级动叶可调轴流风机为对象,利用Fluent软件和Ansys有限元分析模块,对比叶片弯曲前后风机的气动性能和内流特征,分析其静力结构特性并进行了噪声预估。结果表明:叶片弯曲后风机全压提高,大体积流量侧气动性能改善效果明显,设计工况点前弯3.0°性能提升最佳,全压和效率分别提升了3%和0.16%;前弯叶片增大了叶根区轴向速度,延缓了叶根区分离流动的出现,提升了叶片中下部做功能力,减小了叶顶区吸力面与压力面间的压差,有效抑制了叶顶泄漏流的产生;弯曲叶片对降低声功率级影响较小,但可缩小高噪声区分布,从而降低风机噪声。     

导叶式升力型垂直轴风力机的数值研究

分析传统H型Darrieus风力机整体气动特性低的原因,从改善风力机极小攻角处极差气动特性出发,提出一种在极小攻角处添加导叶的导叶式升力型垂直轴风力机。采用非定常RNG湍流模型和滑移网格技术,对导叶式升力型垂直轴风力机的空气动力场进行二维数值模拟。比较分析0°方位角导叶对叶轮流场、叶片表面压差系数及叶片力矩的影响。研究结果表明,导叶改善了叶片表面负压差区,使叶片表面压差系数提高了56.2%,叶轮转矩增加了25.4%,有效地提高了风力机整体气动性能。     

涡轮叶片三维气动分析方法研究

精确的涡轮叶片气动性能计算是对其进行设计优化的重要基础。基于PRO/E软件建立了某涡轮流场叶片三维参数化实体模型,采用SST(shear stress transport)湍流模型对建立的涡轮流场叶片进行了三维气动分析,得到了流场及叶片表面的温度、压力、流速以及能量损失等气动参数分布,并对它们的变化规律进行了分析;基于叶片气动效率计算公式,给出了叶片平均气动效率的计算方法并分析了叶片气动效率沿叶高的变化规律,为涡轮叶片的气动设计优化奠定了较好的基础。     

新型余热利用透平(TRT)原型及优化设计气动特性的数值研究

通过对TRT准三维设计结果进行计算和分析,掌握所设计的TRT涡轮的整体性能和流场细节,为改型设计提供理论依据。研究了采用正弯、反弯两种改型设计方法对叶栅性能的影响。结果表明,采用弯叶片设计会一定程度改善TRT的流动性能,但改善作用并不明显。通过改善级焓降分配、降低冲角、优化叶型载荷分布等技术手段提高了涡轮整体效率。改型后涡轮总效率由原型的90.4%提高到改型后的92.3%。     

风力机预弯叶片结构与静气弹性参数化有限元分析方法研究

构建了风力机预弯叶片气动外形和铺层结构的参数化表达模型,采用MATLAB与ANSYS APDL相结合的方法对复合材料预弯叶片进行参数化有限元建模、加载和结构分析,并以某1.5 MW预弯叶片为例验证了该方法的正确性;基于修正的叶素动量理论和气动载荷参数化分布加载方法,对风力机预弯叶片的静气弹性进行分析和研究,结果表明预弯叶片的展向变形有助于叶片气动功率的提高,而叶片扭转变形造成风力机实际气动功率的降低,根据叶片的计算扭转变形,在叶片的设计中增大叶片的预扭转角度可避免叶片因弹性扭转变形造成的设计功率偏离。研制了风力机叶片结构性能和静气弹性分析工具(WTBSA),为预弯叶片的多学科优化设计奠定了基础。     

动力涡轮动叶预扭对涡轮部件气动影响研究

在航空发动机的低压涡轮,特别是涡轴与涡桨发动机的动力涡轮中,工作叶片通常为带冠预扭叶片。叶片预扭的引入必然会对涡轮部件的气动性能和流动情况造成影响。本文以某发动机的整个涡轮部件为研究对象,通过数值模拟的方法,对地面起飞和最大巡航两种发动机工作状态下,动力涡轮两级动叶预扭对涡轮部件的气动性能和流动情况造成的影响进行了研究。研究发现:动力涡轮动叶预扭对涡轮部件中的低压涡轮、动力涡轮的性能和流动情况有明显影响,且两级动叶分别预扭造成的气动影响可以叠加;由于地面和空中两种状态下动力涡轮的工作状态不同,故预扭对动力涡轮气动损失的影响规律不同。     

蜗壳周向流动非均匀性对可调向心涡轮性能的影响

基于蜗壳周向流动不均匀的特性,建立增压器涡轮级全周计算模型,并与试验数据进行对比,验证数值计算结果的有效性.在此基础上,根据试验数据确定边界条件进行三维黏性数值计算,重点探讨蜗壳周向流动非均匀性对可调向心涡轮内部流场的影响.计算结果表明:该增压器蜗壳周向流动的非均匀性导致导叶和叶轮内部的流场分布出现周向不均匀的特性,即导叶入口气流角周向分布变化较大,叶轮各叶片负荷和各通道流量均呈现周向分布不均匀的特点.个别叶片负荷突变,有可能诱发叶片振动,降低涡轮使用寿命.     

多工况下燃气轮机高压涡轮叶顶间隙对涡轮效率的影响

涡轮叶顶间隙影响涡轮气动特性。文中针对某型船用燃气轮机在慢车、0.35、0.50、0.85、1.00、1.05等多个工况,通过有限元计算,研究并分析了不同工况时涡轮叶顶间隙高度对涡轮效率的影响。结果发现当运行工况高于0.85工况时该燃气轮机涡轮叶片与机匣衬环发生碰磨;当工况不变时,控制高压涡轮叶顶间隙高度,发现叶顶间隙每增大0.2 mm,涡轮效率降低约0.4%左右,研究结果对主动间隙控制相关研究提供理论参考。