压缩机叶轮部装结构力学性能研究

为了研究大型压缩机组用闭式叶轮部装结构在实际工况下的力学性能表现,以有限元法为基础,利用非线性接触理论分析了某大型压缩机组用闭式叶轮部装结构在装配过程、变工况运行过程中的应力大小与分布情况,分析可知该叶轮部装结构不会因工艺装配产生的内应力发生破坏;闭式叶轮具有工作性质稳定区域和非稳定区域,多数该型叶轮部装结构在12000r/min以上运行时发生失效.分析结果证明该分析方法具有较高的实用价值和较强的应用推广性.     

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。     

有机朗肯循环系统动态特性

设计并搭建了以R123为循环工质的有机朗肯循环试验台,并对其动态运行特性进行了研究.该机组采用涡旋膨胀机作为热工转换设备,采用导热油锅炉模拟低温热源,并在试验过程中保持导热油出口温度为150℃.通过交流测功机测量膨胀机输出转矩、转速及功率.对机组动态特性的测试分为两种模式:恒流量模式和恒转矩模式.在恒流量模式下,R123的质量流量恒定,随着膨胀机转矩的逐步增大,膨胀机进出口压比增大,同时膨胀机入口过热度减小,系统输出性能表现为膨胀机输出功率和机组热效率的增大.相对而言,在恒转矩模式下,以工质泵运转频率9 Hz为界,膨胀机进出口温度可分为两个明显的区域:温度稳定区和温度快速下降区.随着R123质量流量的增大,膨胀机入口过热度减小,输出功率增大,而系统热效率增大趋势较为平缓.两种运行模式都存在最大输出功率.同时,试验结果表明系统输出功率和热效率的实测值明显低于通过膨胀机进出口温度计算得到的计算值.实测机组最大输出功率和热效率分别为2.62 kW和5.31%,而计算值为3.87 kW和9.46%.     

低压透平叶片表面合成射流非定常流动控制机理研究

基于Langtry-Menter转捩模型的SST湍流模型,通过求解三维非定常雷诺时均Navier-Stokes方程,数值研究了低雷诺数下合成射流涡发生器对Pak-B低压透平叶片吸力面流动分离的影响,揭示了低压透平叶片表面合成射流非定常流动的控制机理.结果表明,引入合成射流涡发生器能够抑制甚至消除低雷诺数下叶片吸力面上的流动分离.在雷诺数为25 000、自由流湍流强度为0.08%下,提高射流控制频率有助于增强合成射流涡发生器对低压透平叶片表面流动分离的控制效果,减少流动损失.当控制频率为10Hz时,叶栅出口的相对总压损失系数为0.42;当控制频率增加到20Hz时,相对总压损失系数仅下降到0.41.这表明,当合成射流控制频率大于10Hz时,继续增加控制频率来减少叶片表面流动损失的效果是不明显的.     

透平动叶顶部间隙流的表现形式及其对透平性能的影响

以Aachen一级半轴流透平为研究对象,采用数值模拟手段对不同动叶顶部间隙情况下的间隙流进行了分析,研究了间隙流和间隙涡的形成、发展形式及其对透平性能的影响.以三维流线及极限流线为手段,分析了不同间隙尺寸下动叶顶部的间隙流及间隙涡在形成和发展趋势上的区别,以及动叶顶部总压损失区向下游发展时其变化形式的区别.研究表明:随着动叶顶部间隙值的增加,透平的等熵效率近似呈线性趋势减小;间隙涡的产生位置提前,强度逐渐增大,损失也随之增大;动叶顶部的高损失区域位置和范围发生变化,通道涡被破坏,高损失区向压力面迁移,并远离端壁.     

用于控制透平叶栅内部流动的端部孔隙结构

基于端部孔隙结构控制叶栅二次流损失的思想,对一种孔隙结构在不同攻角下对透平静叶栅内部流场的影响进行了数值模拟。结果表明:大负攻角下该孔隙结构有效地控制了透平叶栅头部压力面的分离泡,减少了损失;在其他攻角下该结构对该文考察的叶栅没有表现出明显的改善作用。结合该孔隙结构和另一种由原始叶型优化后的叶片进行联合造型,对其在不同攻角下的性能进行了考察。经联合造型后的叶栅与原始叶栅相比在各个攻角下的流动损失均有大幅度降低,大负攻角下效果尤为明显。     

透平压缩机组的模糊PID控制与特性研究

通过对典型透平压缩机组的分析,建立了汽轮机驱动压缩机组的动态数学模型,设计了机组的模糊比例-积分-微分(PID)控制器,研究了机组的动态响应特性.研究结果表明:在系统扰动时,采用所提模糊PID控制器可以使控制量无动态超调,并且消除了稳态误差,从而加快了系统的响应速度.在基于压缩机流量、压比和转速三者相互耦合而设计的控制器可以分别控制汽轮机压缩机转速和防喘振阀,使得压缩机工作点不进入喘振区域,压缩机压比在40 s内达到设定值,由此达到了改善控制效果和节约能源的目的,为变转速透平压缩机组控制系统的设计提供了理论基础.     

燃气轮机透平叶片几何形状重构技术研究

基于逆向工程,采用NURBS(非均匀有理B样条)理论对透平叶片数据点阵进行整体插值,实现对透平叶片几何形状的重构;然后采用NURBS小波分解的光顺算法,对重构的自由曲面进行整体光顺。实践表明,经过重构和小波光顺后,有效地构造出透平叶片曲面并去除了曲面坏点,改善曲面的品质,达到预定目的。     

CO2跨临界双级压缩循环性能研究及理论分析

为了探索CO2跨临界双级循环系统性能提高的方法,基于热力学循环分析方法,对CO2跨临界双级压缩循环建立了数学模型,并进行了理论分析．结果表明：在分析的几种循环中,2个气体冷却器双级循环最优高压最高,带中间冷却器和膨胀机双级循环最优高压最低;低压缩机效率对整个循环性能的影响要比高压缩机效率更为显著;带中间冷却器的循环存在最佳质量分配比;随蒸发温度增加,带中间冷却器的循环要比2个气体冷却器的循环最优中间压力变化要小;气体冷却器出口温度对循环性能的影响,要比蒸发温度的影响大;相同条件下,2个气体冷却器带膨胀机双级循环和带中间冷却器和膨胀机双级循环性能最优,2个气体冷却器双级循环性能最差,膨胀机循环性能要普遍优于节流阀循环性能．     

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.