低成本高效率反动式叶片平面叶栅试验和数值研究

本文介绍了适用于中小功率机组的低成本、高效率反动式叶片设计理念,并采用平面叶栅试验和数值计算方法,详细分析对比了原始大功率反动式叶型和新设中小功率反动式叶型的气动性能,结果表明:新设叶型在马赫数为0.7时损失最低,攻角适用范围为-40°~20°,表面压力分布和流场分布合理。总体来看,新设叶型的气动性能优于原始叶型。试验和数值计算结果比较相符,验证了数值计算方法的合理性。

一种新型压气机叶片造型方法的平面叶栅试验验证

为验证一种新型超/跨声压气机叶片造型方法——B样条控制中线角叶型、贝塞尔曲线控制叶型厚度方法 (BMAA方法)的有效性,分别与原有的可控扩散叶型定制造型和任意中线造型进行平面叶栅对比试验。结果表明,BMAA方法得到的跨声叶型,具有比定制叶型更优的气动性能;BMAA方法得到的超声叶型,具有与任意中线叶型相似的气动性能;与传统叶片造型方法相比,BMAA方法具有更高的效率,可提高叶片的气动负荷。

高压涡轮导向器扇形叶栅试验研究

本文介绍了国内首次在平面叶栅风洞上进行的涡轮导向器扇形叶栅的试验方法和试验结果。扇形段由五个真实的高压涡轮导向叶片组成。试验中通过调整扇形段出口凸块的高度,可以获得满足要求的径向压力梯度。试验结果表明:该涡轮导向器扇形段叶栅在M2h≤1．05时,叶中截面处在带冷气和不带冷气时出口气流参数周向分布较均匀,周期性较好;在设计状态下,带冷气和不带冷气时靠近叶中的几个截面的出口气流参数沿径向的分布变化很小。

环形叶栅试验台的建立

环形叶栅风洞是叶片研制与开发的重要试验设备 ,东方汽轮机厂经过大量的计算和方案论证 ,利用原空洞试验室现有风源和管路系统 ,建成了一座亚音速环形叶栅实验台。

先进动叶平面叶栅试验和数值分析

汽轮机叶型的气动性能直接影响汽轮机的整体效率,文章对不同的动叶叶型进行二维数值分析,并试验验证其气动性能的变化,分析叶型变马赫数特性和变攻角特性。计算结果表明:自主研发的动叶型线在变攻角特性和变马赫数特性方面明显较好。

平面叶栅试验件加工工艺对性能测量影响的试验研究

针对近年来平面叶栅试验研究过程中出现的试验件加工问题,对直叶片加工工艺、有机玻璃栅板加工工艺以及成套叶栅试验件关键参数的检测方法进行了工艺试验和叶栅试验器试验验证。结果表明,综合考虑加工成本和粗糙度对性能的影响规律,建议高速高负荷叶栅叶片表面粗糙度应不低于Ra=1.6。航空有机玻璃的选材、加工工序、工艺以及装配使用不当会导致试验过程中出现应力纹和黑圈,从而对高速状态下的可视化测量造成不利影响。通过改进成套叶栅试验件关键参数的检测方法,试验件加工质量有了较大提升,有助于获得更为准确可靠的性能试验数据。

高马赫数低雷诺数的涡轮叶栅试验

以高速低压涡轮叶型为研究对象,在高马赫数低雷诺数条件下,对叶栅损失进行了平面叶栅试验研究和数值模拟研究。试验研究了等熵出口马赫数范围0.66~1.23,雷诺数范围1.1×10^(5)~9.0×10^(5)条件下平面叶栅损失特性,并对典型工况下的流场进行了数值模拟。重点分析了高亚声速条件下雷诺数对叶栅性能的影响及跨声速条件下不同雷诺数条件下激波对边界层流动的影响。结果表明:在高亚声速条件下,随着雷诺数的降低,吸力面从无分离逐步发展为闭式分离泡,最终开式分离;层流分离的起始位置受等熵出口马赫数影响不大,出口马赫数影响分离边界层的转捩和再附。跨声速条件下叶片吸力面将会发生激波层流边界层干涉,干涉后的边界层流动取决于雷诺数大小和激波的强度。数值模拟的结果与试验结果一致性良好,但在极低雷诺数条件下对压力系数的预测存在数值上的差异。

高负荷涡轮叶栅风洞流动周期性研究

为设计符合要求的平面叶栅试验段以开展跨音速高负荷平面叶栅气动试验,以高负荷涡轮转子叶栅为研究对象,采用数值模拟方法研究了不同来流攻角和不同出口等熵马赫数对高负荷涡轮平面叶栅进口流场的均匀性与叶栅通道流场周期性的影响.结果表明:平面叶栅进口流场沿周向呈现出不均匀的波动分布,靠近吸力面侧壁的三个通道的来流均匀性和准确性普遍较差,叶栅中部和靠近压力面侧壁的通道进口均匀性和准确性较好;进口流场品质直接影响着叶栅通道内流场的周期性,而来流攻角对叶栅进口流场品质的影响比出口等熵马赫数更明显,在正攻角下,攻角偏差极限值约为0.7°,不同叶栅通道进口流场均匀性和准确性较好;从亚音速流动到超音速流动,靠近试验件吸力面侧壁的叶栅通道产生强激波,致使叶片80%轴向弦长处压力误差值增大,叶栅通道流场周期性下降.

跨音速涡轮叶栅数值计算方法研究与试验验证

以某跨音速涡轮叶栅为对象,研究计算流体动力学数值计算方法,应用CFD软件ANSYS CFX,分析不同网格量和不同湍流模型对数值计算结果的影响,得到最理想且最吻合试验结果的数值计算方法,并与试验结果进行对比分析。结果表明,考虑权衡数值计算结果与试验值吻合度和所耗时间的均衡性,三维网格的S1流面网格量为1万最为合适,SST湍流模型的模拟结果最为理想。

亚声速压气机平面叶栅及其改型的吹风试验

为了对比某压气机原始叶型及其改型后的短弦叶型的气动性能,基于某高亚声速叶栅风洞对原型和改型叶型开展了平面叶栅吹风试验。试验前对不带叶栅和带叶栅试验件下试验段进口均匀性和出口周期性进行检查,确定满足试验要求的测量通道。通过吹风试验测量并分析原型叶栅和改型叶栅的出口总压、出口气流角以及叶片表面等熵马赫数分布。结果表明:相对于原始叶型,弦长缩短后叶型吸力面型线曲率变化增大,峰值马赫数后的气流逆压梯度较大,因此附面层内的气流分离损失更大;设计马赫数0.6时,短弦叶栅的低损失攻角范围比原型叶栅减小了约3°,改型叶栅和原型叶栅均表现出较好的负攻角特性;设计攻角下(i=0°),进口马赫数从0.4增大至0.7时,两套叶栅出口尾迹的深度逐渐增大,但尾迹宽度基本不变;达到或者超过临界马赫数0.8之后,原型和改型叶栅的尾迹宽度和深度均显著增大。

中弧线角度分布对跨音叶栅特性影响研究

中弧线角度分布形式对压气机叶片表面等熵马赫数分布具有重要的影响。为了对比不同压气机叶型的流动特征,采用数值模拟和平面叶栅试验相结合,对两种中弧线角度分布形式的跨音叶型在不同来流工况下的气动特性展开了详细研究。结果表明:在设计点,前加载配合均匀加载的中弧线角度分布叶型能够消除叶片吸力面的局部超音区,与前加载的中弧线角度分布叶型相比,叶片表面等熵马赫数分布更加饱满。其次,前加载配合均匀加载叶型能够推迟叶片吸力面的涡层失稳,减弱了吸力面分离涡与端壁分离涡的耦合作用,进而改善了端区的流动状况,截面平均总压损失系数降低了8.2%。最后,对非设计工况下两种中弧线角度分布的气动特性进行了分析,随着来流马赫数的降低,两种中弧线角度分布叶型的损失差异逐渐减小,均具有较优的气动性能。来流速度对叶片表面等熵马赫数、损失分布和分离面形状特征影响较小,仅影响叶片表面等熵马赫数和损失数值大小。

一种高载荷燃气轮机高压透平可控扩散叶型开发

文章针对某燃气轮机高压透平,开发了一种高载荷叶型,其叶型Zweifel载荷系数达到1.2,对该叶型在典型的燃机叶片运行压比下进行平面叶栅吹风试验验证,试验结果显示气动载荷分布与设计值匹配较好,在设计工况下叶型能量损失系数为1.4%;在1.1到1.7的压比之间叶型损失系数都小于1.7%,出口气流角的变化在1°以内;在-10°到20°的攻角变化范围内表现出优异的气动性能;不同的安装角下叶型损失系数都在1.5%以内。

平面叶栅气水比拟试验的微机测量及控制系统

本文提出了在平面叶栅跨声速气水比拟试验台上采用微机进行三维座标架控制、流道内马赫数分布的测量方法及仪器的研制。结果表明,这种微机测控系统较之传统的手动法具有省力、省时和精度高等优点。

支板融合OGV平面叶栅数值计算及试验研究

针对大涵道比涡扇发动机外涵处支板融合OGV结构,选取其50%叶高处叶型的平面叶栅,采用数值模拟与试验相结合的方法,进行叶栅的流场数值计算,确定缩尺平面叶栅的试验可行性,研究叶栅的攻角损失特性,分析并找出进口马赫数及攻角对叶栅尾迹的影响规律。通过对支板融合OGV平面叶栅进行吹风试验,测量叶栅的尾迹损失及气流角分布,验证了数值计算与试验结果有较好的一致性。

叶栅纹影试验图像增强及流场密度处理探讨

叶栅纹影图像的背景噪声和流场结构信息接近,给识别流场结构和获取定量信息带来了困难。采用加权L_(0)梯度平滑和伪彩色技术,提高纹影图像中关键流场结构的识别度。并探讨了通过标定纹影图像灰度与光线偏移量(刀口切割量)的函数关系,反演试验流场中的密度分布。研究结果表明,采用上述方法获得的流场纹影图像质量良好,叶栅通道内激波、尾迹和膨胀波的分辨率高,流场信息可读性强。验证了纹影图像及密度处理程序的可行性,但流场密度的准确测量需要在试验件加工装配、试验前光学调校和图像灰度标定等多方面开展细致的准备工作。

叶栅试验件数控铣加工及组件装配工艺的改进研究

通过对叶栅试验件数控铣加工及组件装配工艺的改进研究,对传统加工工艺及组件装配工艺进行优化,选用三坐标加工中心加工叶片端面及榫头,保证了榫头的一致性;在榫头加工螺纹孔,利用螺栓穿过榫槽将叶片与栅板固定,解决了叶栅试验件组件装配尺寸问题。此方法可大幅减少加工时间,提高零件合格率。

平面叶栅气动试验研究进展与展望

平面叶栅气动试验传统上是验证压气机、涡轮的基元性能的主要手段,近年来国内外研究人员利用平面叶栅开展了大量的流动测量试验,以揭示叶栅内部复杂流动现象的本质和规律、探索减小叶栅内流动损失的方法.本文从试验装置、测试技术和研究内容三个方面,综述了近年来平面叶栅气动试验研究的进展情况.首先介绍了平面叶栅试验装置的发展及提高平面叶栅试验段流场品质的措施;其次介绍了叶栅气动试验采用的部分流场测试技术,包括叶片表面压力场、叶片表面温度场、内流速度场及流场可视化等测试技术,分析了这些测试技术的进展和存在的问题;然后梳理了近年来平面叶栅试验研究的相关科学问题及进展,包括跨音速叶栅中的激波研究,叶顶间隙泄漏流动研究,叶型优化研究,多尺度非定常旋涡结构研究,振动环境下叶栅流场研究等;最后对平面叶栅气动试验研究方向进行了展望.通过了解叶栅内复杂流动现象及本质,为进一步探索和提高压气机、涡轮的气动性能提供技术支撑.

弯叶扩压叶栅壁面静压分布实验研究

在零冲角下，对常规直叶片、正倾斜和正弯曲叶片组成的３种平面扩压叶栅的叶片表面和端壁静压分布及相应的出口流场进行了实验研究，实验表明叶片正弯曲可得到叶片表面上沿叶高的Ｃ形压力分布，叶片倾斜和弯曲可消除壁角区低能流体的堆积，降低端部损失，延缓壁角失速，改善叶栅气动性能。

康达喷气叶栅喷气内腔体拓扑优化设计及试验研究

为了减小从康达喷气叶栅内部流出的喷气方向与叶栅主流方向的偏差,进一步提升康达喷气对流动分离的抑制效果,本文基于流体拓扑优化技术及布置导流肋的方法对康达喷气叶片原始喷气内腔结构进行优化设计。采用数值计算和高速风洞试验评估优化的喷气内腔结构对康达喷气叶栅气动性能的改善效果。结果表明:优化设计的带肋喷气内腔结构可以减小康达喷气与主流掺混的偏差角,叶片吸力面尾缘的流动分离区域进一步减小;在来流Ma为0.5、攻角为0°、1.25%喷气量下,采用带肋喷气内腔的康达喷气叶栅总压损失系数较采用原始喷气内腔结构降低了7.15%;采用带肋喷气内腔结构能够使叶栅在不同工况条件下的总压损失小于原始内腔结构,且在最佳喷气量下获得最小的总压损失系数。

探针耙对跨声速环形涡轮叶栅流场的影响

采用数值模拟方法研究叶栅出口旋转总压探针耙对跨声速环形涡轮叶栅流场的影响,其中对比分析了探针耙在不同周向位置与无探针耙时的流场及叶栅性能参数。结果表明:常规总压探针耙会造成其相邻及上游叶栅通道流动减速、下游叶栅通道流动加速;探针耙尾缘燕尾型激波及其上游的正激波,与相临及下游叶片的尾缘燕尾型激波系互相干涉,形成了复杂的激波系和膨胀波系,造成相邻及上游若干叶栅通道堵塞,导致各叶片的载荷分布均不相同;叶栅各通道的叶片载荷、出口总压、端壁静压、出口气流角等参数偏离无探针耙情形,测得的叶栅出口流场与无探针耙时相差较大。