汽轮机调节阀全工况三维流场特性的数值研究

依据厂方提供的汽轮机调节阎原始设计和冷态试验数据以及电厂的运行反馈信息，对2种不同进汽方式的调节阀在全工况运行参数下进行了三维流场特性的数值模拟．研究结果表明，环形通道是主控通流能力、流动特性和稳定性的关键部分，其流场变化最为剧烈，小升程工况时在不足40mm的极短区间内马赫数可从0．1升至1．9．阀座内的流场特性表现为：小升程工况时主流集中于通道的中心部位；中等升程工况时在阀碟下方出现较大的空穴区，并有显著的回流特征，这不仅影响通流能力，更为不利的是会引起不稳定性流动；高升程工况时流场分布趋于均匀。     

内凹型阀碟调节阀流场三维数值模拟研究

应用商业软件FLUENT6.2对600MW超临界汽轮机组的调节阀流场进行了全三维流动分析.利用UG实体建模软件对调节阀进行三维成型,通过Gambit网格划分软件对区域进行非结构化网格划分.在三维数值计算中,模拟分析了调节阀在100%、50%和30%三个工况开度下的流场特性.计算结果表明,由阀碟与阀座组成的环型通道是决定调节阀的主控通流能力、流场特性和稳定性三项气动性能的关键部位.文中所研究的调节阀的阀碟采用了内凹型设计,汽流自喉部喷射后,迅速脱离阀碟,并在阀座的曲线收敛段形成附着流,避免了流经阀碟表面的周向流体的过早掺混带来的能量损失.阀碟独特的结构设计使得调节阀在各种工况开度下有着较稳定的流动状态.     

联合进汽阀内部流场三维数值模拟及阀碟受力分析

针对联合进汽阀流道内因湍流、旋涡产生压损,进而降低汽轮机组经济性这一问题,建立由两个主汽阀E、F及左侧次大调节阀B、中间最小调节阀A、右侧最大调节阀C构成的某进口联合进汽阀的三维数值模型,并进行不同工况模拟计算。主要研究阀C和阀B全开时,阀内流动特性、各阀压损以及阀碟各表面受力随阀A开度增大而变化的情况。研究发现,在小开度下,阀A迎风侧为贴附阀碟流,并且阀座迎风侧存在大旋涡,随着阀A开度的增大整体流场趋于平稳,迎风侧和背风侧流体转变为两股射流,阀碟内腔中的低速流体区仅位于阀座喉部及以上区域,但阀碟内腔会出现小旋涡。随着阀A开度的增大,阀A压损逐渐较减小,阀B和阀C压损基本维持不变,主汽阀E和F压损随阀A开度增大而继续增大。阀A阀碟所受纵向力在阀A开度小于80%时随开度增大而减小,在开度大于80%时则相反。阀B阀碟和阀C阀碟所受纵向力基本不随阀A开度的变化而变化。阀A阀碟、阀B阀碟和阀C阀碟的横向受力随阀A开度的增大而增大。     

调节阀内流型分布及利用声音突变判别流型转变的方法

针对流体诱发调节阀振动和噪声而影响汽轮机安全、稳定运行的问题,结合实验和数值模拟研究了阀内流型分布及流型与噪声、振动的关系。研究表明:在中小升程下调节阀内存在2种流型,其中附阀座流相对于冲击射流是一种更加稳定且噪声较小的流型;不同压比调节方式下,即使同一工况也会出现这2种流型;连续改变压比会出现一种声音突变现象,该现象由附阀座流和冲击射流的转变所致;利用声音突变可以确定调节阀在中小升程下流型区域的分布范围,可为判断数值模拟所得流型的正确性提供参考。     

汽轮机GX-1型调节阀流动特性的试验与数值研究

以汽轮机常用的GX-1型调节阀为研究对象，通过在阀座喉部、阀座渐扩段等阀体内各关键部位设置测点，利用微小型高频动态压力传感器及其采集系统进行多工况和多方位的试验研究，同时利用有限差分方法进行三维可压缩湍流数值模拟．通过理论分析、试验研究和数值模拟深入研究了阀内复杂的流动特性．结果表明，中小压比时阀内气流会出现流型反复交变，阀喉部附近流场最不均匀且不稳定，至使阀门的主要损失集中在喉部附近，而且可能引起气流的脉动．     

低温调节阀阀座软密封特性研究(Ⅱ):低温密封性能及综合对比分析

采用聚合物PTFE、PCTFE和PEEK作为低温调节阀阀座的软密封材料,在液氮温区(77 K),研究阀座漏率与密封比压和工作压力的关系,分析了采用不同软密封材料时阀座密封性能对压力和温度的稳定性. 在此基础上,综合对比分析了采用不同软密封材料的低温阀在常/低温、低/中压工况下的密封性能以及应用特点. 在常温低压工况下,采用PTFE和PCTFE软密封材料的低温调节阀具有优异的阀座密封性能,但是在中高压时,采用PCTFE软密封材料的低温阀阀座密封性能更加稳定. 相对而言,在低温工况下,采用PEEK软密封材料的低温阀阀座具有相对较高的密封性能和稳定性.      

低温调节阀阀座软密封特性研究(Ⅰ):常温密封性能

分别采用高分子聚合物PTFE、PCTFE和PEEK作为低温调节阀阀座软密封的密封材料,在常温(300 K)情况下,对比研究了采用不同密封材料的低温阀阀座的漏率与密封比压的关系. 在此基础上,测试了不同进口压力下阀座的密封漏率,以及密封性能对压力的稳定性. 试验分析结果表明,采用PCTFE密封材料的低温阀阀座不仅具有优异的密封性能,而且在不同的工作压力条件下,漏率与压力呈线性变化,具有较高的压力稳定性.      

基于CFD的滚动转子压缩机排气阀片性能分析

基于已验证的滚动转子压缩机计算流体动力学(CFD)模型,获得阀片工作的周期性气体载荷,并利用 Workbench软件对排气阀片进行瞬态动力学分析和疲劳寿命预测.分析阀片及阀背板的几何参数对阀片通流面积和寿命的影响,分析得到阀的通流面积和疲劳强度与阀片厚度、阀片特征升程有关.在特定工况下,取阀片厚度为0.305mm,阀片特征升程为2.5mm,兼顾阀片的通流面积和疲劳寿命,得到较理想的性能结果.在此基础上,优化了阀背板型线,优化后的阀片通流面积增加8.63%,最大应力减小107.4MPa.研究结果对滚动转子压缩机排气阀片的设计提供了有效参考和评价方法.     

汽轮机进汽缸内复杂流场的三维数值分析

为弄清汽轮机进汽缸内的流动细节,找到导致调节汽阀运行不稳定的原因,采用SIMPLEC算法对某型汽轮机进汽缸内调节汽阀在工作开度下的流场进行了三维可压缩黏性数值分析.研究结果表明,调节汽阀左右两侧开度的较大差异导致的流场不对称,主控通流能力、流动特性和稳定性的喉口部位流场的剧烈变化,阀碟底部产生的空穴区等是造成调节汽阀振动的主要原因.     

跨临界CO2活塞压缩机阀片运动特性的实验研究

针对跨临界CO2制冷循环中CO2工质的高密度和大压差影响阀片设计的问题,建立了专项的压缩机阀片位移实验装置和p-V图实验装置,由此展开了压缩机排气阀片的动态运动规律的实验研究,结果表明:影响阀片运动的主要因素包括压比、阀片升程、阀片厚度、弹簧刚度和压缩机转速等.实验测试表明:低压比、小升程有助于提高阀片的可靠性,高转速可以提高压缩机的容积效率,但同时提高了阀片的撞击速度;降低吸、排气过程的能量损失,尤其是排气起始阶段的能量损失,有助于提高压缩机的效率.     

带喷射器的跨临界CO_2热泵热水器系统的实验研究

设计了一套带喷射器的跨临界CO_2热泵热水器系统实验平台,开发了相应的计算机测控系统.进行了改变冷却水体积流量和进口温度对系统性能影响的实验研究,分析了制热系数、制热量、压比、喷射系数、升压比、喷射器效率等参数的变化趋势.实验结果表明:随着冷却水体积流量减小或进口温度增加,喷射系数增加的同时,升压比也增加,而喷射器效率却降低;在测试工况范围内喷射器效率最高达到34%,升压比最高达到1.165;在蒸发温度为-5℃时,制热系数达到3左右.带喷射器的跨临界CO_2热泵热水器循环的压缩机压比与传统循环相比减少了12%～14%,喷射器的引入有效地提高了跨临界CO_2热泵热水器循环的效率.     

可变气门升程对涡轮增压缸内直喷汽油机缸内流动特性的影响

采用数值模拟方法对不同最大进气门升程（MVL）下涡轮增压缸内直喷汽油机缸内气体的流动特性进行分析,以掌握变气门升程对缸内流动的影响规律．结果表明,MVL的减小使过进气门中心线的纵截面内的顺时针滚流增强。在120℃A时刻,MVL为7．7mm时截面内气体流动以逆时针滚流为主,而MVL为1．0mm时截面内气体流动以顺时针滚流为主;低MVL有利于进气初期缸内滚流比的提高,而在进气后期及压缩过程中,MVL为1．0mm时缸内滚流比明显低于MVL为7．7mm和4．0mm时的缸内滚流比;随着进气门升程的减小,湍流强度第一个峰值明显升高（MVL为7．7mm时峰值为0．54,而MVL为1．0mm时峰值达1．03）,但小MVL条件下湍流强度衰减较快,在压缩末期3种MVL下的湍流强度差别较小．     

中介机匣可调放气活门数值研究

为研究中介机匣可调放气活门在不同进口工况下的放气特性及其对内涵出口总压畸变的影响,采用数值方法对不同活门开度和进口工况下的中介机匣流场进行了研究。结果表明：可调活门开度不变时,活门相对放气量基本恒定,与进口工况无关;进口工况和外涵道的流量变数在确定的活门开度下可近似看作线性关系;进口工况一定时,随着可调活门逐渐打开,由活门产生的附加涡系结构使得内涵出口近机匣处低压区范围变大,近轮毂处低压区范围基本不变,内涵总压损失加剧。     

电子膨胀阀制冷剂流量系数的试验研究

通过搭建的液环法节流机构流量特性试验台,进行了不同制冷剂质量流量测试.采用R22制冷剂,试验研究了电子膨胀阀开度、节流前后压差、入口制冷剂密度、出口制冷剂比体积以及阀头半锥角、流通面积和径向间隙对电子膨胀阀制冷剂流量系数的影响规律,获得了较大工况范围内流量系数的量化关系.结果表明,相对偏差在±6.5%以内,提出的关联式可以广泛应用于制冷空调领域的阀头线型设计中,以提高设计效率和经济效益.     

液力缓速器低充液率工况扰流柱起效条件判定方法

为揭示低充液率下缓速器工作腔内气相主导的流动规律和降低空转状态下的功率损失,针对某车用液力缓速器构建了带有空损抑制扰流机构的叶轮周期流道模型,通过对低充液率不同转速下液力缓速器扰流机构起效过程流场仿真,分析了不同输入转速和不同充液率工况下的制动转矩、容积率、扰流柱挡片压力差3个关键参数的变化趋势.结果表明,制动转矩在20%充液率前后均有明显的状态变化.18%充液率前各参数单调上升且在18%充液率达到极大值,随后在20%充液率达到极小值,而后继续增大.微观两相流动层面上,20%以下充液率时油液和空气分层明显,而后流动失稳并且在20%以上充液率工况油液和空气流动分层不明显;在充液率大于18%以上时,扰流柱挡片上的压力差值大于所设计预紧力,足以压缩扰流柱挡片进入其腔体内.据此确定了低充液率工况的扰流柱起效判定方法,为扰流机构的设计提供了理论依据.      

轮拱罩充满率对整车气动特性的影响

针对某种小型轿车,基于计算流体力学(CFD)方法研究了不同轮拱罩充满率时旋转车轮对整车气动特性的影响,并与现有理想模型的试验结果对比.结果表明:在其他参数不变的情况下,随着轮拱罩充满率的下降,整车阻力系数上升,升力系数下降,当充满率下降27%时,阻力系数上升接近20%,升力系数下降接近30%.阻力上升主要是由于轮拱罩中的气流量增加,并且受轮拱罩结构的影响,内部流动分离加剧,导致尾流区的涡量均上升,车辆背压下降;升力下降主要是因为下车身气流速度加快,导致下车身压力减小.     

小流量工况下旋转离心叶轮内部流场PDA测量与分析

在小流量工况下，采用PDA技术对一旋转离心叶轮内部的速度场进行了测量与分析，叶轮出口带有无叶扩压器．对流道内不同流面的数据进行了数据采集和统计．实验结果表明，在小流量工况下，沿周向叶轮内的相对速度从吸力面到压力面先减小后又增大，吸力面处的速度大于压力面；沿流动方向，因流道逐渐变宽，相对速度逐渐减小；靠近轮盖侧，流场结构复杂，在流道中部存在低速区；沿轴向，从盖侧至盘侧，相对速度逐渐增大，分布逐渐均匀；叶轮出口吸力面侧存在气流分离现象．     

叶尖间隙对民用大涵道比跨音速压气机性能的影响

以某民用大涵道比涡扇发动机高压压气机进口级为研究对象,数值研究了叶尖间隙对进口级高负荷跨音速转子叶片气动性能的影响。数值结果表明：随着叶尖间隙值增加,流量-压比与流量-效率特性线向左下方偏移,最大流量、最高压比、峰值效率逐渐降低;存在间隙对该跨音转子性能影响不敏感的范围值0mm~0.3mm;当间隙值大于0.3mm,最大流量的减小与间隙的增大呈现出近似的线性关系,最高压比和峰值效率急剧下降;间隙从0.3mm增加至1.0mm,转子总压损失增大了41%;叶尖泄漏流与通道激波相互作用,泄漏流穿过激波后在叶片压力面侧形成较大的高熵值损失区域,当叶尖间隙增大到1.0mm,泄漏流平行额线方向流动,使得贴近前缘的激波变得不明显;叶尖泄漏流对叶片通道主流的影响集中在叶高80%以上区域。     

高压涡轮主动间隙控制引气风斗流动特性实验

高压涡轮主动间隙控制(high-pressure turbine with active clearance control,HPTACC)引气风斗流动特性将对发动机的效率和安全运转产生较大影响,为此开展HPTACC引气风斗流动特性实验。在出口背压一定状态下,通过改变马赫数和节流孔板直径,获得引气风斗的总压恢复系数等特性规律。实验结果表明:在来流马赫数较低的工况下,引气风斗的总压恢复系数约0.99,流动损失较小。随着马赫数和引气风斗流量的增大总压恢复系数下降,KD3在0.46马赫数时相较于0.19马赫数总压恢复系数下降了11%,0.46马赫数时KD3相较于KD1的总压恢复系数下降了6.5%。引气风斗在马赫数较小时出口总压沿径向分布较均匀;马赫数增加后不均匀度加大。