氦气压气机反动度与流动损失关联性分析

多级轴流氦气压气机是氦气轮机的关键部件之一,通常采用高反动度设计提升单级焓增以减少级数,但经验表明高反动度往往导致效率降低,因此在采用高反动设计时有必要澄清反动度对流动损失的影响。本文以不同反动度的氦气压气机为研究对象,利用计算流体动力学(CFD)方法详细分析了基于氦气流动的压气机叶片通道内部的叶型损失、角区损失和叶顶泄漏损失与反动度的关联性。结果表明,在100%反动度动叶和50%反动度静叶中,由于通道内相对速度较高,导致叶型损失更大,且随着反动度增高,动叶中的负荷提高导致叶顶泄漏处的损失加大,同时,静叶弯曲角的增大和展向压差使得静叶角区分离流更为严重。在100%反动度下,叶顶泄漏损失占动叶栅损失的53%,角区损失占静叶栅损失的60%。此外,本研究基于空气压气机叶型损失模型,通过物性分析优化了适用于氦气压气机的叶型损失模型。

基于弯曲叶片的氦气轴流压气机优化设计

针对高负荷氦气压气机中角区分离、叶顶泄漏严重带来的效率损失问题,以单级氦气压缩机为研究对象,利用CFD方法,分析了不同弯曲角度下氦气压气机内部的角区损失和叶顶泄漏损失,并优化了现有五级轴流氦气压气机。结果表明:叶片正弯会增加端区处的静压,减少角区分离,进而降低角区损失;对动叶而言,在设计攻角下正弯也会增加前缘损失;动叶叶顶反弯使泄漏流远离下一个叶片的压力面,而合适的反弯角度可以降低叶顶泄漏量;选取合适的弯曲角度使五级轴流压气机设计点效率提高1.85%。

基于遗传算法的燃气轮机叶片内部柱肋蒸汽冷却通道的优化分析

针对叶片尾缘内部柱肋冷却方式进行数值仿真和优化分析。采用CFX软件进行数值仿真计算,建立圆形柱肋、水滴形柱肋和正方形柱肋3种柱肋形状下,不同柱肋间距的矩形通道模型,验证数值模型的正确性以及网格无关性。分析了顺排和叉排的排列方式下,柱肋形状和柱肋间距对下底面努塞尔数以及整个通道内压力损失的影响,最后通过MATLAB的遗传算法对仿真结果进行优化。研究表明:柱肋模型中,横向和纵向柱肋间距最小时,换热效果最佳,压力损失最大;在顺排和叉排中,正方形柱肋对通道的换热强度的提升效果最明显,圆形柱肋提升效果最小。