涡轮叶尖间隙流动的数值模拟

采用基于雷诺平均N-S方程的三维CFD计算程序,并结合Spalart-Allmaras-方程或κ-epsilon双方程湍流模型加壁面函数的方法,对涡轮平面叶栅和涡轮级转子的叶尖间隙流场进行了数值计算,详细研究了不同叶尖间隙高度、不同叶尖间隙形式和叶尖间隙有冷气入射时其对涡轮叶尖间隙流场和性能的影响.计算结果表明:叶尖间隙对从大约70%叶高到叶尖位置的叶片损失具有明显的影响;在同样间隙大小情况下,余高间隙叶片等熵效率比平间隙叶片等熵效率约提高了一个百分点;而叶尖间隙有冷气入射时涡轮的等熵效率要比无冷气入射时的等熵效率约提高两个百分点.     

轮毂缘板进口圆角对涡轮气动性能的影响

由于轮毂封严气将会对涡轮的流场结构和气动性能产生一定的影响,采用数值模拟研究了不同封严气流量条件下轮毂缘板进口圆角半径对涡轮气动性能和内部流动结构的影响.结果表明,圆角半径的改变导致封严腔内部的流动、封严气在涡轮通道中的传播轨迹以及涡轮通道涡的发展发生改变,进而使涡轮级的载荷系数、反力度和流量系数的分布发生变化,最终影...     

机匣切向喷气角对涡轮动叶间隙流动的影响

机匣喷气已被证明是改善动叶流道内二次流分布,提高涡轮效率的有效措施之一。本研究采用数值模拟方法研究机匣切向喷气角度对间隙流动控制的影响。结果显示,当增大机匣切向喷气角时,由于喷气速度在切向上的分量减小,使得喷气孔流体在间隙内轴向上影响范围减小,最大降幅可达50%,导致机匣喷气对间隙流动的阻拦作用降低。同时由于切向角度增大使得上通道涡尺寸增加,涡核强度增大约11%,使得动叶出口截面上流动损失增大。考虑到喷气对动叶输出功的负作用,应当选择适当的切向喷气角度,以达到提高涡轮效率的目的。     

径流式涡轮性能研究的进展

涡轮特性对涡轮增压器性能具有重要的影响,本文对涡轮特性的研究方法进行了简要的回顾.根据国内外学者对涡轮效率和涡轮流量特性的研究现状,总结了涡轮效率和流量特性的各种试验测量和数值计算方法,并简要分析了这些方法获得的涡轮性能参数的准确性,同时对这些方法各自的优缺点进行了对比.为涡轮增压器生产厂家获得涡轮特性提供参考.最后论文总结了涡轮性能研究方法的特点.     

径流式涡轮性能研究的进展

涡轮特性对涡轮增压器性能具有重要的影响,本文对涡轮特性的研究方法进行了简要的回顾。根据国内外学者对涡轮效率和涡轮流量特性的研究现状,总结了涡轮效率和流量特性的各种试验测量和数值计算方法,并简要分析了这些方法获得的涡轮性能参数的准确性,同时对这些方法各自的优缺点进行了对比。为涡轮增压器生产厂家获得涡轮特性提供参考。最后论文总结了涡轮性能研究方法的特点。     

结构参数对轮缘密封封严特性影响的数值研究

采用Ansys-CFX软件数值求解三维RANS方程和SST湍流模型,研究了涡轮轴向轮缘密封几何结构参数对其封严特性的影响,并对数值计算得到的轴向轮缘密封的封严效率与试验数据进行了对比,分析了动静间距和密封间隙尺寸对轮缘密封燃气入侵和封严效率的影响.结果表明:数值计算得到的封严效率与实验值吻合良好,验证了所用数值方法的可靠性;主流周向压力不对称分布会导致周向不同位置分别呈现出流和入侵;对于轴向轮缘密封,当动叶远离盘腔时,主流周向压差减小,主流入侵减少,封严效率升高,当密封间隙增大时,主流入侵增加,封严效率降低.     

进口热斑存在时叶顶间隙对涡轮效率影响的数值计算

利用非线性谐波法对某型燃气轮机2级涡轮进行了数值计算,对比研究了存在进口热斑时,叶顶间隙对带冠涡轮与不带冠涡轮气动效率的影响,并分析了带冠涡轮封严齿表面温度场分布受叶顶间隙影响的变化规律,与实验结果的对比验证了计算的可信性。研究发现:叶顶间隙小于0.24 mm时,不带冠涡轮具有更高的效率;带冠涡轮泄漏流一部分通过叶顶间隙流失,一部分受壁面剪切力作用形成涡团,以动能的形式耗散在叶冠容腔内;封严齿与机匣之间形成的高速射流与容腔内涡流相互作用,导致封严齿表面温度场分布不均;叶顶间隙为0.1 mm时,封严齿温度最高,在叶型设计改进时应重点考虑第一齿的冷却设计。所得结论可为涡轮叶片设计改型和进一步改进冷却方案提供理论依据和决策参考。     

中等折转角涡轮直叶栅端壁流场结构和涡系效应的分析

应用商用软件Fine/Turbo对一中等折转角涡轮直叶栅的流场进行了数值模拟,清晰地捕捉到了叶栅端壁处叶片前缘的马蹄涡及其吸、压力面分支,对马蹄涡的吸、压力面分支的相互作用过程和通道涡的发生发展过程给出了较为清晰的描述,获得了较为详细的叶栅端壁处二次流流动结构。通过对叶栅流道中各个近似垂直于流动方向的截面上的总压分布图的分析,揭示了在上述各个截面上端壁区域流动损失产生的机理。     

动力涡轮有冠及无冠动叶栅顶部二次流的数值分析

建立某动力涡轮的流体分析模型,采用三维定常N-S(Navier-Stokes)方程和带转捩的SST(Shear stress transport)湍流模型,对该动力涡轮典型工况下的燃气流动状况进行了数值模拟.针对叶道内的二次流旋涡结构,分别对无冠动叶栅和有冠动叶栅顶部的间隙流、通道涡进行了分析,展示了大展弦比非气冷动叶...     

轮缘间隙出流对下游动叶端壁气膜冷却特性的影响

对轮缘间隙出流与主流相互作用下的动叶端壁气膜冷却特性进行了研究,通过数值求解三维RANS方程组和SST湍流模型,详细分析了冷却气流质量流量比MR和进气预旋度等气动参数对动叶端壁气膜冷却特性的影响规律.结果表明:增大MR有利于提高动叶前缘端壁区域的气膜冷却效率,但即使在较大MR工况下,动叶中后弦长端壁区域仍无法获得充足的...     

小流量工况汽轮机末级流动不稳定数值研究

针对汽轮机低压末级在小负荷工况下出现的流动不稳定现象,进行了非定常数值模拟研究和分析。对末三级叶片耦合排气缸进行建模,其中末级采用整圈形式,对17%设计质量流量工况进行非定常计算,小流量工况下汽轮机末级表现出类似于压气机旋转失速的现象,对流场监控数据进行周向模态分解及相关分析,确定了扰动的数目为30个,其周向传播速度约为转子转速的56%。最后,结合内部流动特征对非稳定现象的形成机理进行了探讨,小流量下由于径向流动阻塞了通道,并在叶顶间隙射流的作用下形成了通道内的周期性高压区,而前缘溢流和叶顶间隙射流耦合作用促成了叶顶进口附近周期性低压区的形成。     

动叶端壁离散孔气膜冷却的数值研究

基于某F级燃气轮机第一级动叶栅的数值模拟,以实现动叶端壁气膜冷却全覆盖为目标,分析定常下动叶端壁的流动与传热特征,拟综合考虑端壁二次流结构特征与级间封严冷气泄漏流的影响,将端壁划分为四个具有不同流动传热特征的区域,并据此设计了叶根端壁仅13孔数的离散气膜孔布置方案各区域采取不同的冷却方式根据不同吹风比下的研究结果发现:吹风比为0.75时端壁冷却有效度均值在0.2以上,实现了全端壁冷却的目标;前缘附近端壁冷却效果受吹风比影响显著,吹风比在0.75以上时冷却有效度达到0.5以上;除近压力面区域,气膜冷却效果随吹风比的增大而提高。     

燃气涡轮机导片与转子叶片交互作用的非定常流场数值模拟

采用ICEM-CFD软件建构O-H网格系统,分别模拟两种不同的涡轮导片及转子叶片间隙在转动效应下流场结构.模拟的数据与实验值做比较后,发现本研究在涡轮导片及转子叶片流场预测上,已能有效预测流场的边界层流、分离流的发展以及导角叶片与转子叶片间的多震波的流场现象,另外亦能针对涡轮叶片压力总损失及轮机效率加以分析,为涡轮机的改进设计和优化提供了理论依据.     

混流式水轮机全流道三维非定常流场数值模拟

基于三维时均N-S方程和RNGk-ε双方程湍流模型,采用滑移网格模型进行了混流式水轮机全流道动静干扰的三维非定常湍流计算,捕捉了水轮机各过流部件内复杂湍流场分布和尾水管内涡旋结构等流动信息随时间的变化情况.计算结果表明,水轮机中的水流处于复杂的湍流运动状态,随时间推移变化剧烈,计算结果更接近实际流场分布.     

涡轮端壁平均气膜冷却效率的正交模拟研究

在涡轮叶栅端壁21%、51%、81%轴向弦长处和距前缘9%轴向弦长端壁处布置4排圆柱形气膜冷却孔,运用CFD方法模拟吹风比、轴向倾角α和展向倾角β3个影响因素共同作用下的端壁平均气膜冷却效率,通过正交方案选出最优孔排布置方式.结果表明:吹风比对端壁平均气膜冷却效率的影响最大,展向倾角β影响次之,轴向倾角α影响最小;吹风比为2.0,轴向倾角α为30°,展向倾角β为45°(第1、第3排冷却孔与y轴负方向成45°,第2、第4排冷却孔与y轴正方向成45°)布置时,端壁表面平均气膜冷却效率最高,为3个因素影响下的最优方案.     

旋转气冷涡轮流场的数值模拟

应用数值计算的方法,对采用气膜冷却的涡轮叶片在静止和旋转状态下的流场进行数值模拟,研究涡轮叶片在静止和旋转状态下冷却射流和主流的掺混流场结构.结果表明:涡轮叶片压力面极限流线在静止和旋转两种工况下的区别比较明显.旋转使得马蹄涡的尺度有所加强.压力面和吸力面侧都存在明显的反向涡对结构;在吸力面,反向涡对的对称性比压力面的好;反向涡对随着下游距离的增大逐渐减弱,同时旋转使得掺混流场的轨迹有向叶片径向偏转的趋势.旋转工况下涡轮压力面侧反向涡对的衰减速度和程度变化明显,吸力面侧涡对的涡心位置更靠近叶片壁面,涡的影响区域也较小.     

浅析汽轮机通流部分改造对辅机性能的影响

汽轮机通流部分改造是否可以达到预期效果在某种程度上取决于辅机系统对改造的适应性,因此分析与探讨关键辅机的适应性对确保机组增容改造后的安全经济运行具有重要意义.以某型300MW汽轮机的通流部分改造为实例,分析其部分辅机设备主要参数在改造前后的变化趋势,重点讨论关键辅机在汽轮机通流部分改造后其固有特性对机组性能的潜在影响,进而为优化改造方案提出建议,以期为同类机组增容改造提供参考.