迷宫密封转子动力学特性的数值模拟

采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程,研究了具有16个齿的迷宫密封转子动力学特性,分析了在两种转速条件下进口预旋对迷宫密封转子动力特性系数的影响,计算了无进口预旋时,在两种压比条件下,迷宫密封系统的交叉刚度和直接阻尼系数随转速的变化关系,并将计算结果与实验值和两控制容积BF(Bulk Flow)方法计算值进行了比较.研究结果表明:所采用的数值方法能较好地预测迷宫密封的转子动力特性,且计算结果优于两控制容积BF方法.对于迷宫密封,交叉刚度与进口预旋近似成正比关系,且随着转速的增大而增大;直接阻尼对转速和进口预旋均不敏感,但随压比的增大而显著增大.过大的进口预旋和转速均会使转子的稳定性降低;工作在较大转速下的迷宫密封系统可以通过施加合理的进口预旋来增强转子的稳定性.     

预旋对迷宫密封动静特性影响研究

建立迷宫密封实验装置与数值分析模型,研究进口预旋对密封系统静力与动力稳定性的影响,并以密封腔为单元对密封段转子受力进行分解,分析各密封腔在不同预旋情况下切向气流力变化影响。研究表明:各密封腔压力高点沿泄漏方向发生偏移是引起各密封腔切向气流力幅值及方向变化的原因;进口预旋可导致原压力高点发生偏移,其偏移方向与进口预旋方向一致,且越靠近进口偏移量越大;首个密封腔与其余腔室压力高点位置存在差异,导致其切向气流力随进口预旋比的变化趋势与其他密封腔相反;转子涡动将引起切向气流力整体偏移,但不改变进口预旋对各密封腔切向气流力作用效果;对于具有较多齿数的迷宫密封,正预旋将降低系统稳定性,而对于具有较少齿数的迷宫密封,正预旋有可能增加系统稳定性。     

防旋板高度对迷宫密封泄漏流动和转子动力特性的影响

采用基于转子多频椭圆涡动模型的Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (URANS)方程求解方法,研究了防旋板高度与第1个迷宫齿前缘高度相同时,防旋板高度对迷宫密封泄漏流动和转子动力特性系数的影响.计算分析了典型中等进口预旋条件下,无防旋板结构以及防旋板高度为1.85,3.7和...     

光轴迷宫密封泄漏流动特性影响因素的数值研究

采用数值求解三维粘性Reynolds-Averaged Navier-stokes(RANS)方程技术,研究汽轮机低压光轴迷宫式隔板密封内泄漏流动特性及其影响因素。采用有限体积方法离散控制方程,标准k-ε紊流模型封闭求解方程组,同时考虑轴的旋转效应。针对典型的光轴整体加工尖齿隔板密封,分别数值研究了相同的轴向距离和径向间隙下三种齿间距在不同压比下的泄漏流动特性,计算了相应的无量纲流量系数。计算结果显示出迷宫隔板密封与轴之间的环形腔室内三维涡流使泄漏流动的动能有效地耗散成热能,起到了密封的作用。研究结果表明在相同的几何尺寸下迷宫隔板密封的泄漏量随着压比的减小而增大,在相同的压比条件下,泄漏量随着密封齿间距的减小而减小。本文的研究工作对合理有效地设计迷宫式隔板密封提供一定的理论依据和技术支撑。     

高速旋转光滑面迷宫密封内流动和传热特性的研究

采用三维计算模型,分析了在2种流量和不同转速时燃气轮机用收敛型和发散型高速旋转光滑面迷宫密封内的流动形态和传热特性.数值预测得到的光滑面迷宫密封的间隙热系数与试验数据吻合良好,验证了所采用数值计算方法的可靠性.结果表明:对于收敛型和发散型光滑面迷宫密封,在相同流量下,间隙热系数均随着旋转轴转速的提高而增加;在相同转速下,大流量时的间隙热系数小于小流量时的数值;在相同流量和转速时,2种型式光滑面迷宫密封的间隙热系数近似相等.     

基于FLUENT的某型燃气轮机迷宫密封机理研究

针对影响透平机械中旋转迷宫密封泄漏特性的3个因素:密封间隙、压比、转速,以某型燃气轮机的隔板迷宫密封为研究对象,数值研究了各个因素对迷宫密封泄漏特性的影响规律,计算分析了该迷宫密封在不同工况下的泄漏特性。研究结果表明:随着转子转速的增加,迷宫密封泄漏量减小;相同密封间隙下,泄漏系数随着压比的提高而近似线性增加;相同转速下,泄漏量随着密封间隙的减小而减小,且泄漏量减小的速度越来越慢。     

进口预旋对迷宫齿磨损形态下密封非定常气流激振转子动力特性系数的影响

为研究进口预旋对迷宫齿磨损形态下密封非定常气流激振转子动力特性系数的影响,采用基于转子多频椭圆涡动模型的URANS方程求解方法,计算分析了2种进口预旋比下未磨损结构、未弯曲磨损结构和部分弯曲磨损结构下密封泄漏质量流量、气流平均周向速度和转子动力特性系数的变化。结果表明：在2种进口预旋比下,增加磨损间隙和迷宫齿弯曲均会使密封泄漏质量流量增大;当进口预旋比为0时,密封泄漏质量流量增大使得转子周向拖动作用降低,腔室内气流平均周向速度减小,进而导致与转子涡动方向相反的负切向气流激振力减小,密封转子稳定性降低;当进口预旋比为0.45时,气流平均周向速度不受迷宫齿磨损结构的影响,因此迷宫齿磨损后腔室内周向动量增大,进而与转子涡动方向相同的正切向气流激振力增大,密封转子稳定性降低。     

燃机预旋喷嘴流动特性的数值研究

为了降低燃机透平叶片的温度,进一步提高透平叶片的使用寿命和燃机的功率,对燃机预旋喷嘴的流动特性进行了数值研究,研究了预旋喷嘴的长径比对喷嘴流量系数、出气角度和流场均匀性的影响。通过研究发现随着预旋喷嘴长径比的增加,预旋喷嘴的出气角度先减小后增加,最后趋近于预旋角度;出气角度的均匀性和出气速度的均匀性都有很大的提高;预旋喷嘴流量系数随着长径比的增加先减小后增加。     

燃气轮机迷宫-刷子密封泄漏特性的试验研究

为研究典型迷宫-刷子密封结构的泄漏特性,搭建了研究密封泄漏特性的试验平台,进行了变高低齿齿隙、变刷子间隙、变压比、变转速等泄漏特性试验.试验结果表明:迷宫-刷子密封的流量系数随着刷子密封的相对间隙增大而增大,且增大到某一值时(0.7～0.8)与原常规的迷宫式密封流量系数相同;相同的刷子密封间隙下,流量系数随着压比的增大...     

二氧化碳迷宫密封动力特性影响因素研究

以S-CO_2(supercritical carbon dioxide)为工质,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法建立迷宫密封全三维数值分析模型,应用基于微元轨迹的密封动力特性系数理论识别方法获取密封动力特性系数,研究以S-CO_2为工质的迷宫密封在不同密封腔室、间隙及齿数下的动力特性,并对比分析以空气为工质的密封系统稳定性。研究表明:密封直接复合刚度系数及平均直接阻尼系数频率依赖性较高,交叉复合刚度系数频率依赖性较低;密封有效阻尼系数在低频下(小于100 Hz)频率依赖性较强,并随密封间隙的减小而略微增大;在高频下(100 Hz以上),各腔室有效阻尼系数沿泄漏方向逐渐降低,且随齿数、密封间隙的增加而增大;10齿密封的有效阻尼系数约为4齿密封的128%～356%,0.16 mm间隙密封的有效阻尼系数约为0.32 mm间隙密封的80%～170%,与空气相比,以二氧化碳为工质的密封泄漏量较大,有效阻尼系数约为空气的167%～202%,系统稳定性增强。     

迷宫式汽封流体动力特性研究

建立了迷宫式汽封的全三维模型,采用CFD商业软件Fluent对不同工况下汽封的流场进行了计算分析,研究了转子所受的气流力与转速、进出口压力比及偏心率的关系,得到了影响转子稳定性的密封动力特性系数和涡动系数.结果表明:随着转速、进出口压力比和偏心率的增大,涡动系数也相应增大,转子的稳定性下降.     

高低齿迷宫密封流场和泄漏特性CFD研究

应用Fluent软件,采用Simple算法和SSTK-w湍流模型,通过求解Navier-Stokes方程和能量方程来模拟迷宫密封腔内部流场及泄漏特性,计算结果与文献中的实验结果进行比较,最大误差为4%,验证了应用Fluent模拟迷宫密封腔内部流场的可靠性.在此基础上,研究了高低齿迷宫密封腔内部流动和泄漏特性,并通过引入修正系数对节流口射流收缩和空腔动能耗散不完善的影响进行了修正,构造了泄漏量计算公式.与现有的同类公式比较,该公式无需通过实验来确定参数,且能够更加准确的计算迷宫密封的泄漏量.     

三类篦齿流动特性计算分析

为掌握直齿、斜齿、台阶齿三种结构在不同转速、旋转半径、齿数、篦齿高度、齿顶间隙、齿间距参数下的流动变化情况,本文对三类篦齿模型开展数值计算。在仅调整一项影响因素的情况下,分别分析转速、旋转半径、齿数、篦齿高度、齿顶间隙、齿间距变化对流量的影响。经分析,齿顶间隙、齿数及旋转半径对流量变化影响较大,齿高、齿间距、转速的影响较小。     

进风角度对椭圆管翅式换热器流动性能的影响

基于多孔介质模型,对两排椭圆管翅式换热器实验元件在不同进风角度(30°、45°、60°和90°)下的流动性能进行了数值模拟,并与实验结果进行对比,研究了不同进风角度下换热器迎风面气流速度的分布.结果表明:在进风角度测试范围内,随着进风角度的减小,换热器流动阻力损失增大;不同进风角度时总压差Δp计算结果与实验结果的差别均小于7%;进风角度为90°时两相邻椭圆管间通道速度分布最均匀.     

燃气涡轮篦齿叶顶流动传热特性的数值研究

以GE-E3型第一级叶栅为研究对象开展数值研究,基于高压涡轮常规凹槽叶顶提出新型叶顶结构。通过求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和标准k-ω湍流模型研究了篦齿结构和布局对叶顶流动传热特性的影响。数值预测的平叶顶的流场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:篦齿叶顶可以有效降低中弦处的叶顶泄漏损失,篦齿形状对泄漏强度影响较小。此外,篦齿叶顶显著降低叶顶平均传热系数和热负荷,相比常规凹槽叶顶,前缘斜篦齿叶顶的平均传热系数降低了22.39%。在研究的新型叶顶结构中,倒梯形篦齿叶顶(I-TIP)具有最低的叶顶平均传热系数,梯形篦齿叶顶(T-TIP)具有最低的叶顶热流量,前缘斜篦齿叶顶具有最佳的气热性能。在叶顶凹槽前缘布置篦齿结构可有效降低叶顶换热系数。     

椭圆管内对流换热与流动阻力特性研究

通过CFD技术,分别对5种长短轴之比的椭圆管管内湍流和层流状态时的换热与流动进行数值研究,分析了流体流动状态和椭圆管长短轴之比对换热系数与流动阻力的影响,并根据数值计算结果拟合出湍流区椭圆管管内换热系数的准则关系式,最后绘制每种类型椭圆管的局部换热系数曲线。研究结果表明:数值计算结果与实验值吻合良好;采用当量直径的方法计算椭圆管内换热系数误差较大;随着雷诺数的增加,每种类型的椭圆管管内阻力系数逐渐减小;而在相同的雷诺数下,随着长短轴之比K的增大,管内阻力系数逐渐增加;每种类型的椭圆管具有类似的局部换热特性,即长半轴两端点处局部换热系数最低,而短半轴两端点处具有最大局部换热系数。     

百叶窗结构参数对管带式散热器流动传热特性影响的研究

本文利用CFD计算软件star ccm＋,建立了管带式散热器空气侧的三维热固耦合模型,分析了不同空气流速和百叶窗结构参数对散热器流动和传热特性的影响,发现阻力损失主要集中在空气进入百叶窗的入口区域,百叶窗的前端传热效果较好,同时计算区域后半部分存在滞止区域;随着百叶窗倾角的增大,传热j因子先增后减,摩擦f因子一直增加,24°时传热j因子达到最大值;随着百叶窗厚度的增大,传热效果变差,摩擦f因子先增后减;百叶窗间距增加到一定程度,传热j因子和摩擦f因子增加缓慢,甚至减小。     

窄缝环形流道内流动传热特性的实验研究

对竖直及水平窄缝环形流道内单相水受迫对流换热进行了实验研究。详细介绍了实验装置和方法。实验结果表明:窄缝环形流道内流动换热的Nu数与普通圆管内公式计算值不同,不能采用传统的圆管内的对流换热模型来计算。窄缝环形流道进行对流换热时,从层流向紊流过渡较普通圆管明显提前。分析了测壁温与分离系数法之间的差别,应用修正的Dittus Boelter公式所计算的窄缝环形流道内的Nu数与实验数据吻合较好。图6参9