燃气轮机压气机改型设计研究

本文以某燃气轮机压气机为母型机,进行了压气机的改型设计。改型设计主要是依据相似理论来进行计算的,其中某些重要参数的选取,决定了设计的成功与否。基于气动设计的要求以及母型机的特点,采用了跨音叶片应用于改型设计中。在一维中截面、S2流面以及整机三维数值模拟结果分析的基础上,通过多次修正,最终获得了满足气动设计要求的高效压气机改型设计。同时,通过分析改型机组跨音级的气动参数,验证了选取的跨音叶片的可靠性和实用性。     

650MW空冷低压转子的高速动平衡试验研究

650MW空冷机组是针对我国多地区水资源贫乏的国情设计制造的汽轮机发电机组,而二号低压转子外伸较长,688mm末级叶片固有特点使转子高速动平衡试验成为难点。文中针对650MW空冷汽轮机低压转子平衡数据进行了分析,该研究结果及计算方法可为同行提供参考。     

中低压轴流通风机最优流型气动设计方法

采用最优化理论和数值计算方法,应用VBA程序,进行中低压轴流通风机的最优化流型气动优化设计计算.运用孤立翼型和叶栅叶型相结合的理论,在保证通风机结构参数不变的情况下,通过改变变环量指数来调整叶片的扭曲规律,进行变环量流型的优化气动设计计算,进而找到通风机设计工况下的效率最高点.     

600MW空冷汽轮机低压排汽缸气动优化设计

低压排汽缸的气动性能对整个汽轮机组热效率的影响至关重要.采用数值模拟方法,对600MW空冷汽轮机的排汽缸结构进行性能优化,使得排汽缸出口的静压恢复系数较原结构提高了9.2％、总压损失系数降低了5.3％.     

超临界汽轮机高压级改型设计的数值研究

采用商用软件Numeca数值模拟引进超临界机组的高压第八级静叶栅（原型）,并用试验数据校核计算结果。在实际工况下,设计前后掠叶片级。通过数值模拟原型级和改型级的气动性能,评价改型级气动性能的优劣。     

1000MW超超临界空冷汽轮机研制

简述了1000MW超超临界空冷汽轮机的技术参数及模块化的设计方法,针对1000MW超超临界参数特点和大型机组空冷技术的难点,介绍了机组主汽轮机结构及940mm空冷汽轮机专用末级叶片研发及特点,开发出新型高效节能节水型1000MW超超临界空冷汽轮机组。     

轴流风扇两种扭叶片设计方法及其气动性能的比较

"等密流型"与"变密流型"设计方法是轴流风扇扭叶片气动设计中的两种典型的方法,本文对这两种气动设计方法进行了深入的探讨,并以某型轴流风扇为例,分别采用这两种方法对其进行了扭叶片改型设计,详细比较了按这两种扭叶片设计方法所获得的扭叶片的几何特征。在此基础上,利用CFD技术数值研究了这两种扭叶片的气动性能在设计工况与变工况的差异,以此对这两种方法的设计效果作出评价。研究结果表明:"变密流型"扭叶片的气动性能受变环量指数影响较大,较大的变环量指数能明显地提高"变密流型"扭叶片的气动性能,而"等密流型"扭叶片的气动性能受变环量指数的影响较小;"变密流型"扭叶片具有较大的径向压力梯度,易于诱发径向串流而引起额外的二次流损失,这直接造成其静压效率明显低于相应的"等密流型"扭叶片;按"等密流型"方法设计的扭叶片,其叶道根部具有较小的扩压度,这使其在小流量工况下叶根部抗失速能力明显高于对应的"变密流型"扭叶片。     

考虑轴向速度非均匀性的微型轴流风扇扭叶片设计及其对气动性能的影响

通过推导微型轴流风扇叶片出口轴向速度沿叶高的分布方程,提出了一种考虑轴向速度非均匀性的扭叶片设计方法.通过CFD技术,数值研究了利用该方法所设计的各种形式扭叶片的气动性能及其变工况时的气动特点,并比较了工作于"自模区"与"非自模区"风扇的气动性能的差异.研究结果表明:与"自模区"的风扇相比,就"非自模区"的风扇而言,压力曲线没有最高压力点,随流量减少而压力几乎呈线性增加,且无失速点.效率曲线则显得更为平坦;按"刚性涡"设计的扭叶片虽效率低,但风压高;提高叶轮的轮毂比有助于提升风扇压力与效率.     

等-变环量设计叶片轴流风机性能研究

为了进一步优化传统低压轴流风机性能,提出了一种等环量设计与变环量设计结合的新型风机叶片设计手段——等-变环量设计,试验测试了等-变环量前掠叶片的性能参数,并采用数值模拟的方法详细地验证了本方法所设计出叶片的性能与内流特征。数值研究结果表明,相比于传统扭叶片,等-变环量设计方法对低压轴流风机前掠叶片的气动性能优化更加明显,设计工况下全压可提升4%;等-变环量设计使整体流域的轴向速度增大2%,改善了整体流动情况。     

大型湿冷汽轮机1400mm末级叶片开发设计

突破了超音速叶栅设计、高承载低应力集中叶根设计、激光熔覆防水蚀等先进技术,开发了湿冷汽轮机全转速钢制1400 mm超长末级叶片,试验表明该叶片具有良好的气动性能和强度振动安全性能。     

基于神经网络的智能叶片优化设计系统的研究

为给叶轮机械叶片设计人员提供一个操作灵活、专业性强、功能齐全的叶片设计软件，应用神经网络技术开发了一套具有智能化功能的叶片优化设计系统。利用某三级轴流压气机静子叶片2以及某两级风扇压气机转子叶片2的叶片优化改型设计对软件进行了验证，优化设计前后两个叶片流场气动性能的对比分析结果表明，该软件界面友好，功能齐全，具有一定的智能功能，能够满足叶片设计以及优化设计的基本要求。     

基于流体仿真的双螺杆压缩机转子型线研究

阴阳转子型线设计时存在参数修改频繁、性能实验搭建不便等问题,影响了转子型线设计效率的提高,针对以上问题,提出将 NURBS曲线和流体仿真技术应用于双螺杆压缩机转子型线设计中的新思路。以单边不对称摆线-销齿圆弧式转子型线为研究对象,开发了新型双螺杆转子型线。应用NURBS曲线构建了螺杆转子的齿廓线;建立了双螺杆压缩机原型线与新型线流场仿真模型,运用Fluent软件模拟了其在工作转速下压强与流速的分布规律。由仿真结果对新型线设计的合理性进行了预判,并为新型线的改进优化直至获得性能优良的双螺杆压缩机阴阳转子提供了参考依据。     

基于 Fluent的 AY型离心油泵叶轮内流场数值模拟

借助Pro/E造型平台建立叶轮单流道的简化模型和叶轮整体的三维模型,利用Fluent流体分析软件对AY型离心油泵叶轮内流场进行模拟,采用标准k-ε湍流模型和SIMPLY算法,利用Fluent前处理器GAMBIT网格建模,模拟出叶轮内流场的流动规律,初步分析了离心泵叶轮的速度和压力分布,获得离心泵叶轮流道内的速度场、压力场。结果表明,Fluent数值模拟能真实反映叶轮内部的复杂流动,为AY型离心油泵叶轮的设计及改进提供了基础依据。     

幅流风机叶轮参数对内流特性的影响研究

针对幅流风机风抗过大导致风量低,全压效率过低。基于FLUENT结合双圆弧叶片设计理论对原叶轮叶片结构进行了优化设计,分析其内流特性细节,实现了风量提升。仿真结果表明,改变叶片弯度角影响风机静压,改善风机风抗;厚度减少风量明显提升;增大部分端部圆风量减小。叶片弯度角、厚度和端部厚度均对风量影响很敏感,是影响幅流风机内流特性的关键因素。     

考虑静强度要求的旋转直板叶片试验模型相似设计方法

针对旋转直板叶片动力学相似试验模型的设计问题,提出一种考虑满足静强度要求的相似模型设计方法。以叶盘和单个直板叶片固联组成的旋转结构为研究对象,应用板壳振动理论建立振动方程,并将旋转直板叶片所受惯性力和气动力等效为作用在旋转叶片上的静态外载荷。在对叶片进行应力分析得到强度设计准则的基础上,采用方程分析法建立动力学相似关系。理论证明了当模型和原型的材料不同时,须采用不完全几何相似的试验模型才能满足强度要求的结论。并通过设计实例,采用数值仿真的方法验证了所提出考虑满足静强度要求的动力学相似模型设计方法的有效性和正确性。该研究结果为旋转直板类构件动力学相似模型的设计进行理论补充。     

压缩机叶轮的逆向造型及流场数值模拟

介绍了叶轮的逆向造型和内部流场的数值模拟,应用逆向造型技术对整体压缩机叶轮实现快速三维建模,再对其进行内部流场数值模拟,研究分析叶轮叶片表面的流场、压力分布及湍流等重要的流动现象,以分析检验该叶轮的动力性能,为叶轮的动力性能检测提供了又一种快捷的方法,也为探索压缩机叶型优化设计和进一步改进提供了有价值的物理信息.     

对转涡轮低压转子叶片的流固耦合数值分析

采用对转涡轮设计能提高航空涡轮发动机性能,其中无导叶方案是发展趋势之一。在无导叶对转涡轮中,低压转子叶片受到较大的高压转子出口气流激励。基于ANSYS/CFX软件,采用流固耦合数值分析方法对低压涡轮转子叶片进行了分析,得到了高压涡轮转子叶片尾流作用下的低压涡轮转子叶片振动的应力和变形变化规律。叶片温度对振动应力和位移的平均值、幅值和周期的影响较大,叶片材料密度对振动周期产生明显的影响,高低压转叶轴向间距的选择应兼顾涡轮效率等因素。     

Optimization of a seven-stage centrifugal compressor by using a quasi-3D inverse design method

This paper focuses on performance improvement of a centrifugal compressor. An inverse design method for 3D design approaches is formulated to address this concern. The design procedure encompasses two major steps. First, with the use of ball spine algorithm, which is an inverse design algorithm, on the meridional plane of impeller, the hub and shroud of impeller are computed based on a modified pressure distribution along them. Second, an original and progressive algorithm is developed for design of blade camber line profile on the blade-to-blade planes of impeller based on blade loading improvement. Full 3D analysis of the current and designed compressor is accomplished by using a Reynolds-averaged Navier-Stokes equations solver. A comparison between the analysis results of the current and designed compressor shows that the total-to-total isentropic efficiency and pressure ratio of the designed compressor under the same operating conditions are enhanced by more than 4.5% and 5%, respectively.     

Optimization on the impeller of a low-specific-speed centrifugal pump for hydraulic performance improvement

In order to widen the high-efficiency operating range of a low-specific-speed centrifugal pump, an optimization process for considering efficiencies under 1.0Q_d and 1.4Q_d is proposed. Three parameters, namely, the blade outlet width b_2, blade outlet angle β_2, and blade wrap angle φ, are selected as design variables. Impellers are generated using the optimal Latin hypercube sampling method. The pump efficiencies are calculated using the software CFX 14.5 at two operating points selected as objectives. Surrogate models are also constructed to analyze the relationship between the objectives and the design variables. Finally, the particle swarm optimization algorithm is applied to calculate the surrogate model to determine the best combination of the impeller parameters. The results show that the performance curve predicted by numerical simulation has a good agreement with the experimental results. Compared with the efficiencies of the original impeller, the hydraulic efficiencies of the optimized impeller are increased by 4.18% and 0.62% under 1.0Q_d and 1.4Q_d, respectively. The comparison of inner flow between the original pump and optimized one illustrates the improvement of performance. The optimization process can provide a useful reference on performance improvement of other pumps, even on reduction of pressure fluctuations.     

应用复合进化算法的叶栅气动优化设计方法的研究

采用结合进化算法和单纯形法的复合进化算法为优化算法,对跨音速轴流压气机叶栅进行气动优化设计。气动性能评价采用Reynolds平均Navier Stokes方程求解技术,采用Baldwin Lomax紊流模型封闭求解的方程。优化设计目标是最大化静压比。设计变量是叶栅型线的Bezier曲线控制点坐标。优化设计结果表明优化设计得到的叶栅具有高静压比和良好的气动性能,同时证明了复合进化算法是一种高效寻优算法。