涡轮导向叶片热冲击双向耦合数值研究

航空发动机涡轮导向叶片热冲击过程是一个典型的固体变形场、温度场和流场三场耦合作用问题,工况复杂。基于流固热耦合理论,求解一维平板模型热弹性解析解;并进行数值模拟和对比分析,验证了双向耦合方法的有效性。应用建立的双向耦合方法对某涡轮导向叶片热冲击过程进行数值模拟,得到了涡轮导向叶片表面温度及热应力分布规律。研究表明,提出的双向耦合方法可以有效地预测涡轮导向叶片的温度及应力分布规律,计算温度与试验误差小于5%;应力集中处与试验中叶片破坏区域一致。研究对航空发动机涡轮叶片热冲击过程数值模拟提供了有效方法。     

考虑转捩的气冷涡轮气热耦合仿真

以NASA-MARKⅡ跨音速涡轮叶片以及某低压涡轮导叶为例进行了考虑转捩的气热耦合计算. 首先开发了有限差分气热耦合求解器,采用直接耦合方法进行流固区域的数据传递,并采用AGS代数转捩模型来预测叶片表面的转捩流动现象. 然后以NASA-MARKⅡ叶片的5411号试验工况为例对该转捩模型进行了验证,对比表明AGS模型能够预测叶片表面的转捩流动过程,所预测的叶片表面温度分布与对流换热系数分布和实验值吻合较好. 最后采用该耦合求解器对某双腔内冷以及尾缘劈缝的低压涡轮进行气热耦合计算,对叶片的热负荷进行了分析.      

涡轮增压器涡轮壳流固耦合计算分析

以某型号涡轮增压器涡轮壳为研究对象,利用三维solidworks软件建立了几何模型。利用ICEM-CFD软件对模型划分网格,并运用FLUENT软件模拟涡轮壳的传热和流体流动,以及流体与涡轮壳之间的耦合传热,得到内部流体压力、速度及壳体表面温度分布情况。结果表明,流体速度、压力在靠近壁面处较高,而在靠近螺旋段中心区域处明显降低,壳体表面温度分布较为均匀。研究结果可为涡轮增压器结构优化提供参考。     

基于IETM的涡轮故障诊断方法研究

以IETM故障树理论为基础,建立一问一答模式的故障隔离机制．阐述了涡轮叶片温度特点,分析了涡轮叶片的几种故障类型,并以涡轮叶片故障诊断流程为实例建立简单的故障树结构．研究了IETM故障数据模块的编辑与实现,利用模拟的涡轮叶片故障温度数据验证了IETM故障诊断系统的可行性,实现了故障诊断界面在IE浏览器上的显示．证明了通过与IETM交互并在诊断策略的引导下,现场保障人员能够高效地完成现场级的故障诊断和维修．     

涡轮叶片热疲劳分析

针对涡轮叶片工作产生的热疲劳破坏问题,利用Solidworks三维建模软件建立叶片CAD模型,运用ANSYS有限元软件workbench模块对其进行300℃~600℃温度梯度工况下的热疲劳分析,分析得到涡轮叶片温度场和热应力分布云图,确定了涡轮叶片危险部位及应力分布情况,进而对涡轮叶片进行疲劳寿命预测,研究结果对提高涡轮叶片可靠性提供借鉴与参考。     

气膜孔参数对气动及叶片温度的影响

为了设计一套满足传热及气动要求的涡轮叶片表面气膜孔方案,以某型涡轮第一级导叶为研究对象,对两种气膜冷却结构进行参数化设计。对冷却效果进行数值模拟,研究不同的气膜冷却方式在涡轮中对气动与叶片表面温度分布的影响。将两种冷却方式计算结果进行对比分析,结果表明：在相同边界条件下, 六列气膜孔结构可以减弱冷气射流冲量,减小与主流掺混时的损失,气动效率较四列气膜孔提高0.3%;六列气膜孔可增大冷气覆盖面积,同时有效防止射流穿透附面层进入主流,降低附面层扰动强度,削弱对上游气膜的影响,叶片表面无量纲温度降低了11.68%。     

涡轮叶片最小冷气需求量的一种估算方法

通过涡轮叶片内外表面对流换热与固体导热的耦合计算,建立叶片冷气流量与叶片壁面温度分布之间的关系,从而获得涡轮叶片最小冷气需求量。首先根据假定冷气流量进行耦合计算叶片温度分布,并从中获得叶片温度峰值;再依据这一温度峰值,逐步调整冷气进口流量,直到叶片温度场符合设计要求。计算得出叶片最小冷气量为燃气总量的4.43%,叶片最高温度为1 299.11K。结果表明采用本文的方法估算的燃气涡轮叶片的冷却空气量是合理的。     

导向叶片精密定位点立式测具研究

涡轮导向成联叶片精密定位点是由空间的六个点形成,叶片精密定位点检测合格与否直接影响叶片的加工质量,传统的叶片精密定位点检测,测量难度大,研究采用立式定位结构方式检测成联叶片精密定位点尺寸,定位可靠,测量方便。满足了测量精度要求,提高叶片的检测质量,解决了涡轮导向成联叶片的精密定位点测量问题。     

整体涡轮导叶的冷效数值研究

采用数值模拟的方法,对整体涡轮导叶的流动换热特性进行了气热耦合研究,并引入抑涡孔结构进行对比分析。研究结果表明:叶片表面温度分布规律总体上是前缘高于尾缘,叶背高于叶盆。随着冲击距的变小,冲击驻点对流换热系数逐渐增大;新型抑涡气膜孔在真实叶片上有比圆柱孔更高的冷却效率,并且叶盆上使用的冷却效率更高。     

热障涂层对涡轮动叶冷却效果影响的数值研究

为了获得涡轮叶片热障涂层隔热效果和温度分度分布规律，以带有内部冷却结构的某型燃机高压涡轮动叶为基础模型，通过气热耦合的方法对有/无热障涂层保护下的高压涡轮动叶的冷却效果进行了数值计算，并通过改变热障涂层的厚度研究了热障涂层对叶片换热的影响规律。研究发现：涂有热障涂层后，叶片温度下降明显，越靠近前缘温度降低幅度越大，压力侧与吸力侧相比温度降幅更大；厚度为0.05～0.2 mm的热障涂层可使叶片金属表面平均温度降低21～49℃；随着涂层厚度等增加，叶片金属内部的温度分布将更加均匀。     

径流式涡轮三维温度场分析

高温径流涡轮承受很高的热应力,新一代的陶瓷涡轮由于燃气初温高,以及材料固有的热脆性,使温度场、热应力的研究在陶瓷涡轮的设计中更占有重要的地位。本文用三维有限元法分析了陶瓷和金属材料的径流涡轮温度场。为了确定热传导边界条件,作者用准正交面流线曲率法确定势流流场,接着用边界层能量积分方程计算了叶轮壁面的放热系数,从而建立了一个从径流涡轮流动计算到温度场分析的软件包。计算结果表明,温度梯度的最大值出现在近叶片根部。此外,气流出口处的轮毂部分温度梯度也较大。这些地方将是应力集中区。     

风力发电机叶片覆冰状况及防冰除冰措施

适用于寒冷气候条件的风力发电机研究已成为可再生能源领域广为重视的方向。针对环境因素、翼型、风机型号和运行状态等多因素协同作用下的叶片覆冰特性,依据能量分配理论和叶片表面温升特性,论述了主动防冰除冰技术的结构、热载荷分布以及能量传递方式。被动防冰除冰技术中,具有水滴自去除效应的涂层优势显著,依据涂层的防冰机理、导热导电性和化学稳定性等方面,论证其应用在风力发电机叶片上的可行性。最后,防冰涂层与电加热结合构成的复合防冰除冰结构,有效降低能耗、减少回流水结冰,但在涂层表面润湿性转变、导热率和耐久性等方面的研究尚存一定的争议,将是未来主要的研究方向。     

叶尖结构变化对风力机噪声源分布特性的影响

为探究由水平轴风力机叶尖结构变化所造成的风力机噪声源分布特性的规律,利用圆盘声阵列系统对不同叶尖结构风力机采用近场声全息技术和远场波束形成技术进行噪声源识别.采集得到运行中的水平轴风力机在额定工况下的噪声信号,分析了噪声源声压级变化情况以及风力机噪声声源位置的分布规律.结果 表明:叶尖结构变化可以有效降低风力机的气动噪声,改变了风力机叶尖噪声的强度和产生位置,在一定程度上降低了叶尖噪声.通过对风力机叶尖结构的优化设计可以在不损害风力机气动性能的同时,实现较好的降噪效果.     

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.     

垂直轴风力机叶片与圆柱形塔架相互干涉的数值模拟

为了研究垂直轴风力机叶片与中心圆柱形塔架之间的相互干涉,以Sandia型达里厄风力机为研究对象,建立二维模型。基于Spalart-Allmaras湍流模型,对三叶片Sandia型达里厄风力机在四个不同位置,进行了多组工况的数值模拟。研究分析了叶片与圆形塔架相互干涉的二维物理特征、叶片吸力面负压面积大小的变化、叶片表面所受压力规律性的变化与影响圆柱塔架的升力和阻力系数的原因。研究结果对于揭示垂直轴风力机风轮尾迹的物理机理,优化风力机结构,增加风力机的气动弹性稳定性和减少噪声辐射有重要的理论价值。     

数控随形打磨机器人控制系统中数学方法

介绍了数控随形打磨机器人控制系统中使用的几个数学方法。用3次参数样条曲面拟合模型,以较高的精度,较好地解决了空间自由曲面的光顺拟合问题;用计算机几何的方法重构大型涡轮叶片曲面,可提高叶片的物理学性能;用图形线性变换技术为使用者提供统一的数控编程格式;用图形非线性变换技术,成功地解决了多自由度控制点坐标的变换以及磨头的姿态调节和恒压力磨削等难题。所有这些数学方法都已经过实际运行的验证,是行之有效的,对大型工业机器人的应用研究有一定的参考价值。     

大型轴流式水轮机叶片的大面积喷焊

针对大型轴流式水轮机叶片的空间几何形状要求高和大面积喷焊受热极易产生变形等问题 ,采用由外向内、由薄到厚、由点到面、对称喷焊工艺和叶片刚性网架固定等技术措施 ,得到了表面平整、内在质量优良的涂层 .叶片喷焊后经组合样板检测变形量很小 ,无需进行修理即可组装运行 ,并获得了优良的耐空蚀和泥砂磨损的性能 ,延长了水轮机的使用寿命     

基于参数化建模的风力机叶片性能分析

针对现有850kW风力机叶片,分析其材料、结构及铺层状态,对比传统叶片有限元模型,将描述叶片主要结构的弦长、扭角采用分段函数形式表达,采用MATLAB编程并结合ANSYS二次开发建立风力机叶片参数化几何模型.基于动量-叶素理论的BLADED软件计算叶片各截面处的极限载荷,并于叶片分段施加载荷增量.动力学分析得到叶片前三阶挥舞和摆振频率及一阶扭转频率,其与实测固有频率比较,分析并验证叶片于共振区外运行.静力分析得到叶片挥舞位移及关键部位应力分布,通过最大应力准则和蔡-胡(Tsai-Wu)准则对翼面进行强度校核(其他部位同理校核),表明叶片在极限状态下仍能保持安全运行.该研究描绘了叶片主要力学性能,为叶片进一步优化奠定了基础.