环形压气机叶栅内部严重分离流动的实验研究

流动分离是关系到叶轮机械运行安全性和经济性的重要流动现象。为了进一步揭示这一复杂流动现象的特性和物理模型,该文应用激光Ｄｏｐｐｌｅｒ测速仪和七孔气动探针对一环形压气机叶栅在大攻角下的流道内部和流道出口的流场进行了实验研究。得到了流动严重分离情况下的流场速度、湍流度、湍流应力、总压损失及静压等重要流场参数的分布和分离区的形态。实验结果揭示： 在分离流动中粘性分离和惯性分离并存; 分离后的流场呈现出主流、剪切流和分离涡流三区共存的特征,其中速度剪切层对叶栅特性产生显著影响; 在分离边界附近,流动参数变化剧烈,可作为判定分离边界的依据。     

跨音速透平机械叶栅的跨叶片流动分析

本文提供一种可计算有局部超音速区的长短叶片叶栅的跨叶片流动计算方法。该方法基于流函数法和流线曲率法联合应用,取两者之长,把计算开拓到有局部超音速区域。该方法编成的程序运用于轴流、径流和混流式透平机械。对一台后向离心压缩机由长短叶片组成的叶轮进行了计算和流动分析。     

速度图法设计跨音速透平叶栅的研究

本文给出了用速度图法设计跨音速透子叶栅的新方法，在亚音区部分，用速度面坐标的位流方程求解，在跨音区，则采用以近似压缩性函数组成的混合型方程的解析解，给出了计算的差分格式，讨论了计算方法中的几个问题，并给出了计算结果。     

提高叶栅叶片升阻比新措施的实验与数值研究

提高叶轮机械叶片的升阻比,是改进叶轮机械气动性能的重要途径。该文给出了一种提高叶栅叶片的升阻比新措施,即采用加大叶片局部粗糙度来提高叶片的升阻比。实验研究证实这种方法确实有效。用数值计算方法求解了Ｎ－Ｓ方程,用改变局部湍流粘性μτ去模拟贴粗糙片所引起的μτ的变化。结果表明：对这种叶栅叶片表面贴粗糙带的方法能够达到提高２％升阻比的效果。     

非光滑叶片对叶栅气动特性影响的实验研究

在低速平面叶栅风洞中对光滑叶片及3种非光滑叶片进行了实验研究,分析了非光滑叶片对叶栅出口流动特性的影响。实验结果表明,采用非光滑叶片改变了叶栅出口旋涡结构及流动分布,使叶栅出口的流场趋于均匀,叶片可以随更大的负荷。     

采用正弯叶片的高负荷扩压叶栅实验研究

通过实验对某高负荷扩压叶栅流场气动参数进行了详细的测量,分析了流道内及出口横截面的马赫数分布及流场结构,探讨了叶片弯曲对高负荷扩压叶栅内流动的影响。     

分流叶片位置对平面叶栅流动分离的影响

为更好地控制叶栅流动分离,提出一种在叶栅内部设置分流叶片的流动控制方法.采用数值模拟方法对比在不同攻角下有无分流叶片对叶栅性能及流动损失的影响,结果表明:分流叶片在大攻角条件下,更能提高叶栅的气动性能;选取攻角为11.7°,设计具有不同位置分流叶片的平面叶栅,对比分析发现分流叶片能够提高叶栅的做功能力.分流叶片轴向位置...     

离心压缩机环列叶栅叶片不稳定脉动力的确定

考虑了近叶片相互作用，首次推出了周期非定常来流作用下环列叶栅叶片上不稳定脉动力计算公式．利用此方法可确定在叶轮叶片粘性尾迹作用下扩压器叶片上所受的不稳定脉动力．由计算公式可计算出叶轮结构参数、气流参数、扩压器叶片几何参数、扩压器叶片气流攻角等对扩压器叶片上不稳定脉动力的影响，为设计低噪声离心压缩机、通风机提供理论依据．     

槽缝射流对环形叶栅端壁气膜冷却性能影响的实验研究

为了研究槽缝射流对环形叶栅端壁气膜冷却性能的影响,建立了考虑槽缝射流的环形叶栅端壁气膜冷却实验平台。在不同质量流量比条件下,利用红外测温技术研究了槽缝结构形式(均匀槽缝、收缩槽缝)对不同射流角下端壁气膜冷却效果的影响。结果表明:提高槽缝射流的质量流量比,可增强对叶栅端壁的气膜冷却效果。与原始均匀槽缝相比,收缩槽缝由于提高了槽缝射流出口的动量,能够显著提高不同射流角下的端壁气膜冷却性能,且明显扩展了气膜覆盖范围。与45°射流角相比,90°射流角时由于前缘涡系增强,槽缝射流所产生的端壁气膜冷却效果有所减弱。90°射流角时,采用收缩槽缝所带来的气膜冷却性能提升比45°射流角时更显著。     

叶片弯曲对压气机叶栅损失与速度的影响

进行了带尾板的由常规直叶片、正倾斜叶片、正弯曲叶片、反弯曲叶片、S形叶片组成的5种矩型压气机叶栅在低速风洞上的实验研究，测量了叶栅出口流场，分析了零冲角下不同叶片弯曲形式对叶栅出口总压损失分布情况和主流速度的影响．结果表明，弯曲叶片对压气机叶栅出口流场有很大的影响，正弯曲叶栅可以降低叶栅的端壁损失，反弯曲叶栅加大了角区分离，恶化了两端区流动，总损失高于直叶栅．     

进口导叶与叶片扩压器匹配的实验研究

对扩压器进口不同安装角和进口导叶不同预旋角匹配下离心压缩机的性能进行了实验研究.研究表明:扩压器进口安装角最小值为7°时,压缩机性能对进口导叶预旋角不敏感;采用不同的扩压器进口安装角和不同进口导叶预旋角匹配调节时,压缩机所能达到的最高效率为86.0%,比单独调节进口导叶预旋角或扩压器进口安装角所能达到的效率高2%.效率提高的潜能可通过自由选择匹配的方式来加以实现.     

亚音速环形喷咀叶栅中径向压力梯度对根部损失影响的研究

本文旨在提出一种能够考虑叶栅内部径向压力梯度影响的计算喷咀叶栅根部损失的方法。为此,在环形喷咀叶栅中,通过改变叶栅径向压力梯度,对马赫数M_(1H)=0.48～0.56范围内,计算和测量了喷咀流道内的压力分布,实测了不同径向压力梯度下叶片根部损失的变化。计算采用有限元方法,并近似地分段考虑了流动熵增积累效应。计算和实验表明,在实验范围内,径向压力梯度对根部二次流损失的影响仍然是可观的,必须加以考虑。     

速度面混合型方程喷管解在跨音速透平叶栅计算中应用条件的研究

应用速度留法设计跨音速透平叶栅，在跨音区部分采用速度面混合型方程喷管解是一种较为便利的方法，本文将详细给出喷管解用于叶栅计算的公式和步骤，分析各种边界条件对于叶栅计算的影响，边界条件对于叶栅计算的制约范围。本文于１９８１年１月收到     

风扇静叶扇形叶栅实验方法及其气动特性的数值研究

以高负荷风扇的末级静叶为研究对象,提出一种扇形叶栅实验方法,可以在不考虑动叶的情况下模拟静叶在压气机级内的进口气流条件,从而实现真实的静叶性能研究。利用数值模拟方法分析该方法的可行性,然后对静叶的气动性能展开详细研究,分析不同来流马赫数下的静叶流场参数。结果表明：本文提出的实验方法可以为静叶提供接近真实动叶出口条件的气流参数,该研究静叶的方法用于实验是可行的。对静叶的气动性能分析发现,进口马赫数变化对静叶中径附近20％～60％叶高影响较大,尤其是40％叶高处流场结构和参数受来流马赫数的影响最大。     

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。     

进口端壁不重合对跨音速透平叶栅端壁流动和传热特性影响的研究

为了评估燃气轮机燃烧室出口与透平第一级喷嘴导向叶栅端壁不重合对叶栅端壁热负荷分布和运行寿命的影响,采用商用 CFD 软件 ANSYS FLUENT 数值研究了进口端壁不重合度（进口后向台阶结构）对跨声速叶栅端壁流动和传热特性的影响规律。计算了进口湍流强度 Tu1 = 16%、出口马赫数 Ma2 = 0.85 时,2 种进口后向台阶高度（0 mm, 6.78 mm）下,跨音速叶栅端壁传热系数,并与实验结果进行了比较,验证了所提基于 RSM（Reynolds stress model）湍流模型数值方法的准确性。分析了 6 种进口后台阶高度（0 mm、1.5 mm、3 mm、5 mm、6.78 mm、10 mm）下的跨音速叶栅端壁热负荷分布、近端壁二次流结构、后台阶涡系发展和气动损失。研究结果表明：由于进口台阶结构的影响,在叶片前缘上游区域形成了显著的再附着涡、空腔涡和辅助涡等复杂的后台阶流涡系;后台阶流再附着涡系使叶片前缘上游区域形成显著的高传热区;随着进口台阶高度的增大,该高传热区控制面积和传热系数均逐渐增大,最大传热系数增大了 90%~160%,高传热区的位置逐渐向下游移动,形状逐渐由节距方向的“条形”演变为“C”字形,两端向叶栅通道内部迁移;进口台阶结构导致叶栅通道总压损失系数增大了 0.17%~0.45%,台阶高度为 3 mm 时,总压损失系数最大。     

短叶扭口藓原丝体发育特征的实验研究

在人工培养短叶扭口藓（Barbula tectorum C．Muell．）孢子的基础上,对其孢子萌发、原丝体发育及配子体发生的全过程进行了观察和照相．结果表明：孢子第3天开始萌发,10d时的孢子萌发率达到90％．孢子萌发后直接产生块状原丝体;块状原丝体上产生轴丝体、绿丝体和次生假根．同时,对短叶扭口藓原丝体发育的特征进行了分析和讨论,并参照Nishida（1978）对藓类植物孢子萌发类型的划分,确定扭短叶口藓孢子萌发类型应属于虎尾藓（Hedwigia type）．     

基于叶型和叶栅稠度改进调节门性能的实验研究

对某风机的常规调节门进行了改进,用双直线叶型替代原直叶片叶型,采用提高调节门小半径处叶片的弦长来增加叶栅稠度.针对改进后的调节门,采用五孔探针对调节门后的流动参数进行了详细的测量.结果表明:采用双直线叶型可以减小调节门的阻力系数并增加调节门的预旋系数,当叶型两直线间的夹角为20.时效果较好;另外,增加叶片弦长可以比较明显地增加调节门的预旋系数,而阻力系数基本保持不变;预旋作用的增大对提高调节门的调节能力和节能效果均有比较明显的作用;该实验使用的离心风机的调节门叶片角度在50°～90°的范围内时,相同流量下风机功率减小2%～3%.根据总体性能分析,为消除由于叶片角度初始位置定义不同带来的影响,可以考虑采用旋阻曲线来反映调节门的性能.     

轴系扭振条件下叶栅振荡流场研究和非定常气动力的确定

随着汽轮发电机组的大型化,轴系扭振问题愈益突出,由此而产生的振荡流场及流体与叶栅的交互作用是导致轴系失稳乃至发生断轴等重大事故的可能原因。该文研究了轴系扭振与流体激振的关系,采用参数多项式方法,导出了全三元可压缩无粘流动振幅方程及其积分方程,计算了某大型汽轮机末级叶栅的振荡流场和非定常气动力。结果表明,非定常气动力做功的大小与振幅有关,而气动力做功的正负与频域有关,给出了非定常气动力是否导致轴系失稳的判据,为大型汽轮发电机组气动安全性的分析判断提供了有用的手段。