任意旋成面叶栅边界层和损失计算

本文应用变分有限元方法和边界层理论对实际叶栅内部流场进行了数值计算,求出了中心势流场的速度和压力分布、型面边界层特征参数、叶栅损失系数及型面摩擦损失系数。计算结果与实验数据吻合较好。文中所建立的方法和编制的计算程序可用于对轴流式或离心式叶栅进行计算,并以此判断叶栅性能优劣,改善叶型和设计高效叶栅,减少不必要的试验经费。     

透平平面叶栅大负攻角分离流的研究

为了研究透平叶栅大负攻角分离流动的性质,在平面叶栅风洞上对叶栅流道内部及出口半叶高处的流场作了细致的测量,并测得了相应叶高处的叶型表面静压分布。用流动显示方法确定了叶型压力面上的分离区,初步拟出了分离流流型,并用二维时间推进法计算了无分离及有分离时的流场,得到了与实测值较为吻合的叶型表面静压分布及其它流动参数的分布。     

后加载和高负荷前加载叶型气动性能的试验研究

采用平面叶栅和环形叶栅吹风试验对后加载和高负荷前加载叶型的气动性能进行了详细的测量和研究.在平面叶栅吹风试验中,测量了2种叶型的压力系数分布,研究了攻角、相对栅距、安装角和马赫数的变化对叶型能量损失系数的影响规律.在环形叶栅吹风试验中,测量了2种叶型的近叶顶、中叶高和近叶根处的压力系数分布以及能量损失系数沿叶高的变化规律.对后加载和高负荷前加载叶型的三维成型规律进行了讨论.试验结果表明:高负荷前加载叶型相对于后加载叶型具有更大的负荷特性;高负荷前加载叶型在采用较大的切向弯曲后可以抑制二次流的发展和减少二次流损失;前加载叶型和后加载叶型均具有优良的气动性能.研究结果对于拓宽高性能叶型在汽轮机中的应用提供了理论基础和技术支持.     

轴流通风机叶栅叶型的优化设计研究

本文在附面层理论分析和平面叶栅损失计算的基础上,做一些合理的近似简化以后,应用最优化理论,提出了叶栅叶型背弧上最优流速分布的数值计算方法。其计算结果和前人用理论计算方法得到的结果比较符合。本方法有适合工程设计中应用的特点。本文在二元、不可压缩假设下,通过对叶型背弧环量等参数的适当处理,提出了一套较完整的、根据叶型背弧上最优流速分布等条件求解叶栅叶型的优化设计方法,并且将此方法编成电子计算机程序。本文在新型轴流通风机设计中采用优化方法设计叶栅叶型,经初步试验证实,此方法是行之有效的。     

轴流式叶栅内部流动变工况性能的计算分析

应用有限元方法求解不可压黏性流动Ｎ－Ｓ耦合方程,对ＮＡＣＡ叶型的叶栅在不同冲角的条件下,叶栅内部的流动作了较为完整的计算分析。结果包括叶片表面的压力分布、叶片表面法向的速度分布以及表面摩擦系数。在计算中,采用了Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ湍流模型和壁面函数以提高计算的速度。结果表明：冲角不仅对叶片表面的压力分布,而且对叶片附近的流动状态,特别是在叶栅流道的后半部,有很大的影响。     

载荷分布对可控扩散叶型性能的影响

叶型吸力面和压力面等熵马赫数分布符合控制扩散规律,则其设计点损失小、低损失攻角范围大。为了研究可控扩散叶型载荷分布对叶栅气动性能的影响,建立了可控扩散叶型自动优化设计方法;并对叶栅进口马赫数为0.7的静子和转子叶型进行多个载荷分布设计,分析载荷分布规律对叶栅性能的影响。结果表明对于静子及转子叶型,载荷前移(至0.1倍相对轴向弦长位置)可抑制吸力面附面层发展,降低设计进气角损失、增大低损失攻角范围;吸力面峰值马赫数增大,吸力面靠前缘凸起程度越大,小攻角损失增加、最低损失对应进气角增大。     

串列叶栅前后排叶型对叶片损失的影响

为了研究串列叶栅前后排叶片叶型变化对叶片损失的影响,采用数值模拟方法,对三种不同叶型组合的平面串列叶栅在0°攻角工况下,进行了总压损失分布和损失机理分析。研究结果表明,前排叶片的叶型,尤其是前缘形状的改变对串列叶栅的总压损失分布有显著影响;而后排叶片的叶型变化造成的影响较小;参数L=ρV03/T反映了附面层内熵增的难易程度。由于前排叶片前缘附近的L值要远大于后排叶片,从而导致串列叶栅的总压损失对前排叶片的叶型变化更加敏感。     

叶栅叶型正反设计的伴随优化方法

针对基于流场Navier-Stokes方程求解的叶栅叶型正反问题设计优化中,计算量随设计变量数目急剧增加的问题,采用伴随方法建立了集叶片几何参数化、网格生成、流场求解、伴随场求解与优化求解于一体的优化求解方法。针对反问题设计中目标控制参数分布难以给定的问题,通过分析叶栅叶型正问题优化求解结果,给出了反问题优化求解所需的较优目标压力分布。利用自主程序完成了以减弱或消除流动分离、提高叶栅气动性能为目的的叶栅叶型正、反问题自动优化求解,优化后的叶型叶栅总压损失系数分别降低了5.69%、4.50%。研究表明,叶栅叶型吸力面曲率的减小、叶片前加载和中后部逆压梯度的减小,可有效抑制叶片尾缘附近的流动分离。该研究工作对发展高效宽工况叶栅叶型设计技术具有一定的参考价值。     

任意旋成面叶栅C类气动杂交命题周角函数型变分有限元解

本文给出了任意旋成面叶栅C类气动杂交命题的周角函数型变分有限元解法。研制了相应的程序,成功地计算了轴流式与离心式叶栅的算例。对于给定的叶片设计厚度分布和吸力面上的设计压力(或速度)分布,应用本文的计算方法可直接解出满足设计要求的叶型型线以及流动特性参数分布。     

大焓降汽轮机静叶栅气动性能实验研究

在环形叶栅风洞上,对亚临界600 MW汽轮机中间级大焓降静叶栅进行了吹风试验。对三个冲角条件下叶栅流道内气流参数进行了详细测量。结果表明,该大焓降静叶叶片负荷沿叶高变化,同时采用了叶片弯曲设计,能够满足汽轮机叶栅的高负荷要求;并可以有效抑制边界层低能流体的积聚甚至分离。大焓降静叶在叶展中部为前加载叶型,可以承担较高负荷。叶片两端采用后部加载叶型,结合叶片正弯降低了端区的气动负荷,显著降低了端壁区域的叶栅损失。研究的大焓降叶栅具有良好的冲角适应性。     

基于奇点分布法的涡轮钻具叶型设计

在高速及小直径涡轮钻具的叶型设计中,采用常规方法难得到令人满意的叶型,而采用奇点分布法来设计涡轮钻具叶型是值得尝试的。根据奇点分布法的设计流程,首先计算了涡轮钻具叶栅的叶片数、绕翼型环量、无穷远处均匀来流速度。其次,选取环量密度分布规律,设计了涡轮钻具的叶型骨线,并采用六次多项式对叶型骨线进行光滑。再次,根据翼型库中翼型的表达方式,研究了沿叶型骨线加厚叶型的方法,得到了有厚叶型,并确定了厚度圆与叶片吸力面和压力面型线的切点计算方法,提供了叶片在制造时的必需坐标点。最后,根据工程数据,设计了某型涡轮钻具的叶型,采用CFD软件对其叶型进行了流场仿真。仿真结果表明叶型性能优良,证明了奇点分布法在涡轮钻具叶型设计中的可行性,特别是对设计高速涡轮钻具更是一种行之有效的方法。     

跨音速涡轮平面叶栅气动性能试验研究

为研究某型涡轮叶片根部截面的平面叶栅在不同攻角和不同马赫数下的气动性能,采用风洞吹风试验对叶栅总损失特性、出口能量损失分布、叶片表面和壁面压力与马赫数分布等气动参数变化情况进行分析.结果表明,叶栅所采用的叶型具有较为明显的后部加载特性,叶栅能量损失在较宽攻角范围内保持较低水平,且随着出口等熵马赫数的变化呈现先减小后增大的变化规律.     

任意旋成面叶栅B类气动杂交命题周角函数型变分有限元解

本文建立了任意旋成面叶栅B型周角函数变分有限元方法,并成功地应用于轴流叶栅和离心叶栅的气动设计计算,从而可使叶型设计建立在更加科学和合理的基础之上。     

叶栅风洞实验装置设计及实验方法

交通大学压缩机教研组在苏联专家谢列兹尼奥夫帮助下,设计了一台低速叶栅风洞,作为我教研组科研的开始.这台风洞的最大马弁弁数为0.5,而叶栅的最小安装角为15°.本文总结了我们设计的经验,并介绍了用于轴流式压缩机的叶栅参数的一般范围.试验的方法及仪表的布置作了一般介绍,并列举了一些测量仪器的特点.试验数据的计算方法作了详细推演.文中也介绍了我们所设计的风洞的构造及主要尺寸,并附加了设计的计算举例.相信这些可以对我国从事这方面工作的同志们提供初步参考.     

平面叶栅速度图法有限元分析

本文提出了跨音速平面叶栅气动反命题的一种解法。首先用八节点等参单元对平面速度图方程作有限元展开,由此来计算跨音速叶栅亚音速部分的外形,然后根据速度图方程的喷管特解来计算叶栅的跨、超音速部分外形。文章最后总结出一种控制叶栅外形变化的简单有效的方法,并给出了计算结果。     

中弧线参数化曲线形式对压气机叶栅性能的影响

不同形式的参数化曲线由于曲率特征不同,使得构造的压气机二维叶型几何存在差异,进而影响压气机叶片气动性能。本文针对二维叶型MAN GHH 1-S1,分别采用贝塞尔曲线、多项式曲线、曲率积分曲线构造叶型中弧线,并通过数值模拟,讨论中弧线参数化曲线形式对叶栅性能的影响规律。研究结果表明,曲率积分方案的改型叶栅能有效降低各攻角工况的叶型损失,并且拓宽攻角适应性范围。     

完全用边界元法进行叶轮机械叶栅流场的数值分析

为完全用边界元法来计算叶轮机械平面叶栅的不可压缩流场,本文提出了一种速度势与叶型表面切向流速均采用边界元法来计算的数值方法,取得了良好的结果。     

ЦИАМ损失模型的修正及其对气冷涡轮S2流面优化的影响

对10组ЦИАМ的叶型数据进行分析,比较了原始ЦИАМ损失模型所预测的和实验所得的损失数据,在此基础上,从临界速度系数、尾迹损失、马赫数、二次流损失沿叶高分布等方面对ЦИАМ模型进行了修正。通过对某四级涡轮S2正问题计算结果分析可知,修正后的损失模型预测叶型损失误差相对于实验结果从37.56%下降到了22.59%,而总损失的误差从38.31%下降到了30.95%,且其S2优化所得叶片沿叶高扭曲规律与基于原始模型的优化结果有较大差别,总体上说,大部分叶栅出口气流角的根部大顶部小趋势比原型更加强烈,但个别叶栅则呈现根部和顶部大而中间小的特点。     

ЦИАМ损失模型的修正及其对气冷涡轮S2流面优化的影响

对10组ЦИАМ的叶型数据进行分析,比较了原始ЦИАМ损失模型所预测的和实验所得的损失数据,在此基础上,从临界速度系数、尾迹损失、马赫数、二次流损失沿叶高分布等方面对ЦИАМ模型进行了修正。通过对某四级涡轮S2正问题计算结果分析可知,修正后的损失模型预测叶型损失误差相对于实验结果从37.56%下降到了22.59%,而总损失的误差从38.31%下降到了30.95%,且其S2优化所得叶片沿叶高扭曲规律与基于原始模型的优化结果有较大差别,总体上说,大部分叶栅出口气流角的根部大顶部小趋势比原型更加强烈,但个别叶栅则呈现根部和顶部大而中间小的特点。     

ЦИAM损失模型的修正及其对气冷涡轮S2流面优化的影响

对10组ЦИАМ的叶型数据进行分析,比较了原始ЦИАМ损失模型所预测的和实验所得的损失数据.在此基础上,从临界速度系数、尾迹损失、马赫数、二次流损失沿叶高分布等方面对ЦИAM模型进行了修正.通过对某四级涡轮S2正问题计算结果分析可知,修正后的损失模型预测叶型损失误差相对于实验结果从37.56%下降到了22.59%,而总损失的误差从38.31%下降到了30.95%,且其S2优化所得叶片沿叶高扭曲规律与基于原始模型的优化结果有较大差别,总体上说,大部分叶栅出口气流角的根部大顶部小趋势比原型更加强烈,但个别叶栅则呈现根部和顶部大而中间小的特点.