新型双工质平面叶栅冷却试验风洞设计

针对重型燃气轮机高温涡轮叶片的双工质冷却技术,设计建造了研究双工质冷却新原理,高效气膜冷却机理及叶片综合冷却特性的叶栅试验平台。该平台由压缩机、蒸汽发生器分别提供空气源和蒸汽源,可以进行叶片双工质冷却情况下的叶片综合冷却特性研究及相关扩展研究。从而揭示叶片内冷却工质的流量压力分配关系,气膜冷却效率以及叶片特定冷却结构下的综合冷却特性,为新型双工质冷却叶片的设计提供试验验证支持。     

超音速气固两相分离试验研究

建立了超音速气固两相分离装置试验系统,在室温和不同喷管进口全压下,对空心玻璃珠颗粒的分离效率进行了试验研究.试验结果表明:当喷管进口全压在482~537 kPa范围时,超音速气固两相分离试验装置对Sauter平均直径9.84μm颗粒的总分离效率为57.83%~67.28%,对直径大于8.31μm颗粒的分离效率为75.73%~80.52%,对直径在15μm以上颗粒的分离效率为96%~100%,表明颗粒直径越大,分离效率越高.由此可见,超音速气固两相分离方法是可行的.试验研究为超音速气固两相分离技术的进一步深入研究和应用提供了有用的参考.     

高温陶瓷过滤器正向流动与过滤过程的数值计算

利用FLUENT计算流体力学软件,对高温陶瓷过滤器正向流动与过滤过程进行了数值计算,得到了切向进气和径向进气时高温陶瓷过滤器内的流场分布.结果表明:对于包含突变截面和多孔介质两类通道的复杂流动系统,合理地选择计算区域和分配网格后,应用FLUENT计算流体力学软件可以得到满意的计算结果;陶瓷过滤器的流动损失主要发生在陶瓷过滤管的多孔陶瓷介质内;当气体径向进入工作段时,对陶瓷管的冲击较大;当气体切向进入时,在工作段壁面附近的速度较大,对陶瓷管的冲击较小;切向进气时高温陶瓷过滤器的进出口压降小于径向进气时.从保护陶瓷管和减小压降两方面考虑,切向进气方式的高高温陶瓷过滤器优于径向进气方式的高温陶瓷过滤器.研究结果为选择高温陶瓷过滤器的进气方式提供了理论依据.     

交叉潮汐透平阵列能量输出的数值研究

为了使交叉潮汐透平阵列得到更好的应用,针对交叉透平阵列的特性对建立在叶素理论(BE)、激盘模型和计算流体动力学(CFD)技术基础上的计算潮汐透平水动力性能和流场的BE+CFD方法做了进一步的完善.通过该方法深入研究了交叉透平阵列结构参数对阵列透平能量输出特性的影响,结果表明:透平阵列最优横向间距为2.5倍透平叶轮直径;透平阵列纵向间距越大,透平的能量输出越高,纵向间距为6倍透平叶轮直径时,4排交叉透平阵列的相对功率系数可达3.74;最优结构参数时,前两排透平的能量输出较相同条件的单机透平提高了11%.据此,提出了一种新的交叉透平阵列布置方式,经过比较发现,新的交叉透平阵列布置方式较原交叉阵列的优势更为显著,从流场周围吸收的能量更多,透平阵列的能量输出更高.     

高温涡轮叶片内冷通道强化换热试验系统设计

针对重型燃气轮机高温涡轮叶片的双工质冷却技术,设计建造了研究带肋复杂叶片内冷通道内蒸汽/空气流动及强化换热特性的试验平台。该平台由压缩机、蒸汽发生器分别提供冷却空气和蒸汽源,可以进行叶片内冷通道内蒸汽、空气两种工质的对流、冲击、肋柱扰流及多种冷却结构下的冷却换热机理和摩擦阻力特性研究。从而能揭示叶片内冷通道内流动阻力、表面强化换热与不同冷却结构几何参数及气(汽)动参数的影响规律。获得单元通道内蒸汽/空气为冷却介质的高效冷却结构及相关换热关联准则式。     

陶瓷过滤介质的颗粒尺寸对过滤性能的影响

根据渗流力学和空气动力学捕集理论，深入分析了陶瓷闰尺寸对陶瓷过滤介质压降，渗透率和过滤效率等性能的影响，为合理选择陶瓷过滤介质的陶瓷颗粒尺寸提供了理论依据，理论分析结果表明，当假定粒子为球形，陶瓷颗粒装填方式为单珠装填时，陶瓷介质的渗透率与陶瓷颗粒直径的二次方近似成正比，而压降与陶瓷颗粒直径的二次方近似成反比，当不同的陶瓷颗粒混合使用时，其数量和直径大小应该保持一定的比值，否则将会破坏粒子间的排列方式，影响过滤效率，对整体煤气化联合循环（IGCC）陶瓷过滤元件的过滤介质来说，陶瓷颗粒直径为20μm左右是适合的。     

具有密封结构的超临界二氧化碳离心压缩机特性研究

为更全面了解超临界二氧化碳（SCO₂）压缩机内部流场,针对150 kW级简单布雷顿循环的SCO₂离心压缩机,设计了盘腔和迷宫密封。采用数值求解三维RANS方程和k-ε湍流模型的方法,研究了考虑盘腔和密封结构的SCO₂离心压缩机的气动性能和轴向推力;采用有限元方法分析了考虑气动力和离心力综合作用下离心叶轮的应力和应变特性,同时计算了设计的迷宫密封的应变。结果表明：具有盘腔和密封结构的SCO₂离心压缩机在设计工况下气动效率为72.1%,压比为2.19;SCO₂离心压缩机的最大轴向推力为1 635 kN;离心叶轮的表面等效应力最大值为109.95 MPa,满足设计材料304钢的强度需求;盘腔的泄漏流动会造成SCO₂离心压缩机气动效率的下降,但是在高流量工况下,盘腔泄漏可以缓解扩压器前缘的凝结现象。该研究可为具有盘腔和密封结构的SCO₂离心压缩机气动性能和强度特性分析以及密封结构设计提供参考。     

缝隙吹扫对静叶出口二次水滴直径影响的试验研究

在缝隙热气流吹扫条件下,利用Malvern粒度分析仪对空心静叶尾迹区的二次水滴直径及直径分布进行了测量.实验参数如下:进口空气湿度为7.94%,出口气流速度为170 m/s,缝隙宽度为1.0 mm,缝隙角度为45°,吹扫气流温度比主气流温度高50℃,缝隙位置分别位于静叶的内弧和背弧.试验结果表明:缝隙吹扫可以使静叶尾迹区的二次水滴的最小直径和最大直径都有所减小,Sauter平均直径减小33.4%,且水滴直径分布范围变窄;吹扫压差越大,二次水滴的直径就越小,直径分布也越窄,有利于减轻或防止动叶的水蚀;静叶背弧上缝隙吹扫的去水效果优于内弧上缝隙吹扫的去水效果.     

刚性陶瓷过滤元件的过滤机理研究

根据空气动力学捕集理论,研究了陶瓷过滤器的过滤机理,计算了刚性陶瓷过滤器的过滤流动,分析了影响过滤效率的重要因素,提出了满足过滤效率要求的“最小厚度”概念,为陶瓷过滤器的设计提供了理论依据。结果表明,在刚性陶瓷过滤元件的过滤中,当靶的尺寸较小（如20μm）时,对于10μm以下的颗粒,拦截和惯性碰撞对过滤所起的作用相当;对于大于10μm的颗粒,拦截比惯性碰撞所起的作用要大得多。当靶的尺寸较大（如80μm）时, 对于很小的颗粒（5μm以下）,拦截和惯性碰撞过对过滤所起的作用相当,而对于稍大的颗粒,拦截 始终起主要作用。在给定的流动速度下,随着颗粒尺寸的增加和靶尺寸的减小,实际分级最小厚度减小。     

孔隙率分布对陶瓷过滤元件过滤特性的影响

针对整体煤气化联合循环和增压流化床燃烧联合循环中陶瓷过滤元件之间的粉尘架桥现象，依据陶瓷过滤元件过滤流动的基本模型和理论，提出变孔隙率陶瓷过滤元件的新概念，推导出为消除或减小粉尘架桥现象的孔隙率沿轴向的分布函数．结果表明：为了避免或减小陶瓷过滤元件之间的粉尘架桥现象采用变孔隙率陶瓷过滤元件是可行的；所用陶瓷过滤元件的孔隙率沿轴向分布的函数表达式为幂指数形式，并且孔隙率沿轴向是逐渐增大的；当陶瓷过滤元件管内处于层流或紊流流态时，因管道摩擦系数不同孔隙分布函数的表达式也不同．