双层壁叶片的模型化方法与冷却设计流程研究

提出了一种适用于双层壁叶片的冷却设计流程。沿叶片的叶高和流向抽象提取出简单冷却单元,对其建立一维管网模型并进行多次管网计算,得出各个单元最优的冷却结构方案。将设计好的冷却单元映射回实际叶片中,并对叶片建立一维管网模型,经过多次冷却结构调整与计算迭代,得到叶片初步的冷却结构。对该叶片进行三维气热耦合计算,只需要局部冷却结构微调和少量的CFD计算,就可以得出最终的冷却设计方案。最终设计的叶片CFD计算得到的平均温度为1 049 K,总冷气量为0.288 kg/s,与管网计算结果1 059 K和0.337 kg/s相近。该设计流程方法简便,准确性高,人工工作量和仿真计算量小,优于传统的涡轮冷却设计流程。     

燃气轮机高温叶片内部冷却技术概述

综述了燃气轮机典型的内部冷却结构和设计手段.通过文献分析,提出内部冷却典型强化换热手段包括带肋通道冷却、扰流柱冷却和冲击冷却,重要设计手段包括一维管网和三维数值优化.管网计算基于实验总结的经验公式,计算效率高,关键在于动量方程的求解算法;三维数值优化可以降低设计对人工经验的依赖,关键在于合理选择优化目标和优化算法.分析表明,旋流等新的强化传热形式、微型冷却等新的叶片冷却模式、旋转和真实通道几何对内部冷却详细传热和流场的影响都将得到进一步研究,叶片设计技术将由人工经验性的设计逐渐向计算机自动化方向发展.     

蜂窝内冷通道布局对叶片冷却效率的影响研究

为提高涡轮叶片耐温能力,将蜂窝冷却通道应用于涡轮叶片内部,通过流热耦合计算研究蜂窝冷却通道叶片的传热流动特性。对蜂窝冷却通道的参数化方法进行研究,将蜂窝通道拆分成两种基本结构单元,即可方便调整蜂窝通道的几何参数;使用增材制造的叶片进行实验,通过对比数值计算与实验的冷却效率,验证了数值方法的准确性;在冷却二次流占比1%条件下,在原型蜂窝通道的基础上进行蜂窝通道空间布局和直径分布的调整,利用冷却效率、压降及相对阻力系数衡量不同通道的流动传热特性。研究表明：蜂窝通道由于增大换热面积以及增加分叉点强化换热,冷却效率提高到0.525,压降升高至229.1 kPa;通过调整蜂窝几何参数可以优化蜂窝通道的传热与阻力特性,通过增加蜂窝通道层数、增大次通道直径可以提高冷却效率,通过增加蜂窝通道入口数、增大主通道直径可以减小压降。     

时间倾斜算法模拟涡轮热斑输运的精确性验证

利用时间倾斜算法(Time Inclined Method,TI)对单级和多级涡轮中的热斑输运现象进行非定常计算,与常规(时间推进)非定常数值计算结果对比,探索时间倾斜算法在涡轮热斑输运过程预测中的优势和局限性。结果表明:时间倾斜算法通过减小计算域,提高了非定常计算的效率;动静交界面周向平均时均温度分布与时间推进法计算结果相比偏差较小,分布趋势一致;但是时间倾斜算法在叶轮非等栅距的计算中,对周向节距比仍有一定限制,在时间倾斜算法中对叶片数约化会对不同叶高的温度周向分布的预测产生偏差。对动静交界面上温度分布采用空间傅里叶变换的结果表明,时间倾斜算法能够模拟得到与热斑数及其倍数对应的温度波动幅值,但不能预测数量互质的叶片与热斑相互干涉所导致的不规则温度分布。     

船用舵机电液控制单元的仿真及试验研究

电液控制单元是船用舵机电液位置伺服系统关键部件，其性能的优劣直接影响舵机的性能。本文对由三通伺服阀和差动液压缸组成的船用舵机电液位置控制单元进行了建模，在系统中考虑了稳态液动力的作用，通过计算机仿真和实验，证明设计符合要求。从实际工程需要出发对船用舵机电液伺服单元进行了综合测试，并直接用于生产实践中。     

退化涡轮叶片形变对气动参数偏离的影响研究

涡轮叶片在服役过程中发生的形状变化会造成涡轮气动参数偏离,研究造成涡轮性能退化的主要形变因素是实现涡轮精准维护的重要环节。本文分析了实际涡轮叶片在长时间服役后的具体形变特征,以及形变特征与气动参数偏离值的关系;通过光学扫描获得退化涡轮全周叶片的形状数据,重构得到叶片特征几何参数;以几何参数为基础生成退化的涡轮流道,通过CFD仿真得到了燃气轮机在退化前后的详细气动参数;采用神经网络模型建立涡轮几何数据与气动数据之间的映射关系,并分析了模型中影响气动参数偏离的主要几何参数。结果表明:磨损烧蚀导致弦长变短是第1级静叶气动参数变化的主要诱因,而第1级动叶的气动参数则主要受喉道宽度的影响。