透平膨胀制冷在高温矿井降温中的应用

高温矿井独头掘进工作面的高温热害问题，严重影响掘进工程作业进度，危害工人的身体健康，目前所采用的降温措施效果都不理想。首次提出利用井下作业所用高压空气作为制冷工质，通过透平膨胀机等熵膨胀降温，来达到降温除湿的目的。所设计的系统流程简单，技术可靠，对于解决井下高温热害问题具有重要的实用意义。开展等熵膨胀制冷技术用于井下空调系统的研究，也具有重要的学术价值。     

叶顶形状对动叶顶部流动和传热的影响研究

应用数值方法和标准k-ω湍流模型,研究了燃气轮机轴流透平不同叶顶密封方式对透平动叶顶部间隙内流动与传热的影响.计算叶型采用GE-E3发动机高压透平第一级动叶片,考虑了4种不同的叶顶密封方式.详细分析了不同叶顶密封时叶项的流动结构和传热分布.研究了旋转对动叶顶部流动和传热的影响,并与静止的平面叶栅中获得的结果进行了对比.结果表明:不同叶顶密封方式对叶顶间隙泄漏流场影响很大;双侧肩壁密封具有最好的密封性能,而压力面肩壁密封性能最差;采用吸力面肩壁密封获得了最低的叶顶传热系数,压力面侧肩壁密封的叶顶传热系数则最高;相对于静止叶栅,旋转改变了叶顶泄漏流动结构,增加了叶顶的传热系数.     

气液两相介质时液力透平轴向力分析

轴向力是影响透平稳定运行的主要因素之一,为了实现透平轴向力的定量求解,研究其轴向力受介质的影响和随介质的变化规律.以一个比转速为41的离心泵反转作液力透平为研究对象,选用清水和两相流含气体水作为介质,应用计算流体力学软件CFD,建立相对坐标系下的时均连续方程及N-S方程,采用Mixture两相流模型和SIMPLE算法进行数值模拟,得到泵在透平工况下的外特性和内部流场压力分布,计算出轴向力,解决了实际测量难以及浪费时间和资金等问题.在此前提下,研究透平在气液两相介质中,不同流量及气体体积分数对轴向力的影响和变化规律.结果表明:透平的轴向力在两相流介质中是随着流量的增大而增大;随着气体体积分数的增大先变大后减小.该结论对提高透平的稳定性和延长寿命具有重要意义.     

服役透平叶片GTD111 DS合金再热恢复研究

以服役透平叶片GTD111 DS定向合金材料为研究对象,采用光学显微镜和扫描电镜对简单再热恢复处理前后的叶片材料微观组织进行观察,并对合金材料显微硬度进行测试,研究再热恢复参数对γ'相(主要沉淀强化相)特征的影响规律,评估恢复态叶片材料的组织和性能.结果表明:固溶温度、冷却速度、时效温度和时间是再热恢复处理的关键参数;合适温度下的固溶处理可有效溶解粗大形变γ'相,并重新析出细小均匀的二次γ'相,同时避免初熔和再结晶;两级时效处理可优化双尺寸形态γ'相的尺寸、体积分数和立方度.恢复处理后叶片不同部位的组织和性能分布更加均匀,二次γ'相和三次γ'相的平均颗粒尺寸分别约为440和70nm,其体积分数分别约为35%和3%,硬度值处于409～417 HV范围内,高于叶根部位原始状态的硬度值.     

叶片进口安放角对液力透平性能的影响

针对叶片进口安放角对液力透平性能影响规律认识不足的问题,架设一开式液力透平实验台,对一单级蜗壳式液力透平进行实验研究.采用结构化网格技术对该液力透平进行全流场数值计算与分析,将数值结果与实验结果相结合,验证数值计算的准确性.对不同进口安放角的叶轮进行数值研究.研究结果表明:随着叶片进口安放角的增加,液力透平小流量工况的效率有所下降,大流量工况的效率有所增加;透平的扬程和轴功率随着进口安放角的增加而增加;叶轮内部的功率损失是透平内部主要的功率损失;当叶片安放角增加时,小流量工况的功率损失有所增加,大流量工况下的功率损失有所减小;大流量工况下随着叶轮进口安放角的增加,进口液流冲角逐渐减小,因此,透平在大流量工况下功率损失减小,效率提高.     

离散伴随气动优化设计方法的紊流扩展

将离散伴随气动优化设计方法扩展到紊流环境,编程实现了相应的二维离散伴随场求解器;通过组合参数化技术、网格生成技术、流场求解器、离散伴随场求解器及优化算法,建立了透平叶栅气动优化设计平台。基于该设计平台,在紊流环境下以叶栅进出口熵增为优化目标,对某二维跨声速叶栅型线进行了气动优化设计,通过施加质量流量约束来限制优化过程中叶栅通道内质量流率的波动幅度。优化结果表明:优化后熵增降低了17.7%,验证了所开发的紊流环境离散伴随场求解器的正确性和有效性。     

燃气透平叶片树状分形内冷微通道的换热特性实验研究

针对燃气透平叶片内部对流冷却特点,基于能量输运原理和分形几何理论生成了适用于叶片内部流体输运的分形网络,并设计了4级T型树状分形分叉微通道内冷结构。在建立的透平叶片内冷微通道对流冷却实验平台上,研究了通道进口雷诺数和加热功率对空气的努塞尔数、摩擦系数和强化换热因子的影响。结果表明:当雷诺数从194增大到19 400时,空气的平均努塞尔数增大148.5%,摩擦系数从0.78减小到0.009,最大强化换热因子在通道进口雷诺数为17 300时获得;加热功率从10 W增大到110 W时,平均努塞尔数降低35.9%,而摩擦系数几乎不变,加热功率为10 W时具有最佳的强化换热特性;分叉结构耦合共轭传热效应显著提高了第2、第3级微通道的当地努塞尔数;相比于前3级通道,末级通道的换热性能受雷诺数和加热功率的影响更为突出。     

逆转泵作液力透平径向力的分析

为了研究泵逆转作液力透平时径向力对泵轴的影响,选取比转速为23.1和55.7的离心泵逆转作液力透平进行数值模拟试验,探讨液力透平的性能特性和叶轮耦合面上的静压分布规律,结果表明:径向力的产生主要是由引水室内液体对叶轮周向压力分布不均匀引起的;液力透平径向力的大小随着流量的增加而逐渐增大,径向力的方向在沿液流距隔舌80°~130°之间.     

液力透平的数值计算与试验

设计了液力透平试验台,对一单级液力透平进行了试验,得到了外特性曲线.采用全流场和结构化网格技术对液力透平内部流动进行了数值计算.分析了液力透平在不同流量下的压力场和速度场,得到了内部流场的分布规律.应用速度三角形对液力透平叶轮和尾水管内部速度场随流量变化规律进行了研究.结果表明:离心泵反转可用作透平运行,并具有较高的效率;最高效率的数值计算与试验结果相对误差为4.85％;透平内部的压力从蜗壳进口经叶轮到尾水管逐渐减小,进出口压差随流量增加而逐渐增加;在透平叶片背面和工作面存在漩涡区域,漩涡位置和区域大小随流量而变化;在尾水管横截面上存在的圆周速度分量随流量而变化.     

110MW机组低压透平油纯电调改造的油质问题

本文介绍了兰州热电厂国产110MW机组调速系统进行低压透平油纯电调改造后DEH系统对低压透平油油质的要求、适应能力及运行中出现的问题,提出改善油质的措施。