凹槽叶顶的气膜冷却特性

涡轮工作时,叶顶间隙内高速高温的间隙泄露流会直接冲刷动叶顶部,产生局部高温区域,因此控制间隙泄露流至关重要。基于压敏漆涂料(PSP)实验,研究了密度比、吹风比和间隙高度对凹槽叶顶气膜冷却特性的影响。研究结果表明:密度比增大,凹槽叶顶气膜冷却效果逐渐提高,尤其是大间隙下冷效提高较为明显,叶顶面平均冷效增加了35%;间隙高度和吹风比对叶顶表面冷效的作用不是单一的,小间隙条件下,叶顶表面气膜冷效随着吹风比增大而增大,大间隙条件下,吹风比的增加使得叶顶表面气膜冷效先减小后增加,同时小吹风比时,间隙高度增加提高了叶顶尾缘区域和孔周围的气膜冷效,叶顶面平均冷效提高了6.85%。

扩压叶栅最佳弯叶片生成线与展弦比的关系

为了研究亚声速扩压叶栅最佳弯叶片参数与叶栅展弦比的关系,在7个不同展弦比下对7组共49个方案进行数值模拟。数值模拟结果表明:在同一个弯角下,叶栅损失随弯高的增大而减小,50%弯高时叶栅损失最小,弯叶片最佳弯高为50%;弯叶片弯高相同时,叶栅损失随弯角增大呈现抛物线型变化规律,损失随弯角增大先减小再增大,存在一个最佳弯角(αopt)使叶栅损失最小。最佳弯角与直叶片的负荷展向不均匀度正相关,总体趋势上两者都随叶栅展弦比的增大而减小。但是,展弦比越小端区流动对叶展中部的影响越大,叶片中部的叶型损失增大越明显,弯叶片的弯角越大叶型损失增加越明显,所以小展弦比时最佳弯角随展弦比增大有小幅度增大。

V型肋片直冷却通道内流动与传热的数值研究

采用结构化六面体网格和k-ε湍流模型求解三维N-S方程,对内置不同肋间距与肋高比V型扰流肋片的直冷却通道,在入口雷诺数为20 000时的流动与换热特性进行数值模拟,分析了不同肋间距与肋高比对肋间壁面换热效果和流动损失的影响,并对肋间距与肋高比进行了全局寻优。结果表明,带肋直冷却通道的整体换热效果和综合冷却效率,分别和肋间距与肋高比呈近似函数关系,肋间距与肋高比为7.93时通道整体换热效果最好,为5.2时通道综合冷却效率最佳。

冲动级与反动级叶高之比较

电厂汽轮机主要以反动级和冲动级为主,相同参数下两者叶片高度的比较是研究叶高损失的重要途径。运用连续性方程、级的焓降公式,从理论上证明了在相同进汽参数、蒸汽流量和平均直径下,反动级叶片高度大于冲动级,前者的叶高是后者的1.315倍,即前者的叶高损失小于后者。并通过敏感性分析,得出了忽略喷嘴前后比容变化的影响是可以接受的,冲动级采用一定的反动度,对叶高比的影响不大。影响两者叶高比的主要因素是设计喷嘴的出口汽流角以及动叶出口的余速利用。

2种型式搅拌桨用于工业规模搅拌釜内假塑性流体混合过程的数值模拟

用CFD技术研究了最大叶片式桨和三层六直叶涡轮桨的在大高径比工业规模搅拌釜中流体力学行为,以黄原胶溶液为研究体系,重点考察了功率特性、死区分率、剪切性能和混合时间等流体动力学性能.结果表明:2种搅拌桨的功耗与转速成正比,死区与转速成反比;随着雷诺数增加,釜内平均剪切速率增加.工业规模搅拌釜中,最大叶片式桨搅拌流场呈双循环流型,三层六直叶涡轮桨在每个桨叶叶端分别形成上下2个小循环.在相同单位体积功耗下,最大叶片式桨的混合时间相对于三层六直叶涡轮桨较短.

工装配重对第二级扩压器真空钎焊质量的影响

采用钎料BNi94SiB980-1065,在钎焊规范为1130℃/10 min的条件下,通过调整工装配重质量,对Z8CND17-04材料第二级扩压器进行真空钎焊;同时,借助金相显微镜和超声波检测仪,分析了真空钎焊前后叶片高度变化、钎缝质量和钎透率。结果表明,当工装配重为56 kg时,钎缝质量较差,零件翘曲达到0.75 mm;随着工装质量的增加,钎缝质量和零件翘曲都有所改善;当工装配重达到94 kg时,叶片高度控制在规定的范围内,获得钎焊接头质量良好,零件翘曲控制在0.5 mm以内,钎透率达到90%以上。

涡轮动叶吸力面气膜冷却径向差异对比

数值仿真研究了不同吹风比和旋转雷诺数条件下涡轮叶片吸力面不同叶高位置处气膜冷却效率分布的差异。研究涉及5个直径为0.8 mm的圆柱孔,气膜孔处于涡轮叶片吸力面17.8%流向位置处,并分别处于10%、30%、50%、70%和90%叶高位置处。研究在400、600 r/min和800 r/min转速下进行,分别对应旋转雷诺数357000、536000和715000。研究涉及5个吹风比:0.50、0.75、1.00、1.25和1.50。研究结果表明:靠近叶根处的气膜受叶根通道涡影响明显向叶顶方向偏转。不同叶高位置处的气膜冷却效率分布存在明显差异。旋转给冷却射流带来附加离心力和哥氏力的作用,使得吹风比和旋转雷诺数的增加对不同叶高位置的气膜尾迹偏转产生不同影响。旋转雷诺数对不同叶高位置的气膜冷却影响存在差异。

涡轮动叶背侧不同叶高处异型孔气膜对比

采用数值仿真的方法对比研究了涡轮转子叶片背侧不同叶高位置处的圆柱孔、扇形孔和簸箕孔三种孔型气膜冷却的差异。气膜孔位于吸力面17.8%流向位置,并分别在10%、30%、50%、70%和90%叶高位置各设有一个气膜孔,三种孔型的圆孔段直径均为0.8 mm。研究在600 r/min转速(对应旋转雷诺数为536 000)条件下开展并获得吹风比为0.50、0.75、1.00、1.25和1.50条件下的气膜冷却效率分布。研究结果指出:不同叶高位置处的气膜尾迹受叶根通道涡和叶顶泄漏流的影响呈现不同程度地向中间叶高位置偏转的趋势,因此不同叶高位置处的气膜尾迹内的涡对结构不对称的特征也不同。随着吹风比的增加,出现最大气膜冷却效率的叶高位置逐渐向叶顶方向移动。使用扇形孔和簸箕孔可以削弱冷却射流在气膜孔出口位置的法向动量,提升了气膜的附壁性和气膜冷却效率。