变几何涡轮燃气轮机总体性能研究

为深入了解变几何涡轮对燃气轮机的总体性能影响机理,通过部件法对燃气轮机进行建模,然后分别改变高压涡轮、中压涡轮和动力涡轮的第一级导向器喉道面积,在不考虑导叶两端调节机构和导叶间隙等对涡轮效率影响情况下,对燃气轮机总体性能的变化情况进行了系统地分析,并得出各截面的总温与总压变化情况。结果表明:在采用保持高压涡轮入口总温恒定的控制规律时,增大燃气轮机的高压涡轮流通能力,燃气轮机输出轴功率与耗油率均不断增加,高压涡轮流通能力增加10%,输出轴功率与耗油率分别上升2.83%与1.13%;增大燃气轮机的中压涡轮流通能力,导致燃气轮机输出轴功率降低,耗油率上升,中压涡轮流通能力增加10%,输出轴功率降低9.96%,耗油率上升3.63%;动力涡轮流通能力增加,燃气轮机输出轴功率先上升,后有小幅下降,耗油率增大,动力涡轮流通能力变化量从0增加到10%,输出轴功率降低0.05%,耗油率增加2.01%。

变几何涡轮与可调喷管发动机总体性能研究

为更加全面地展现变几何涡轮和可变喷管对发动机性能的影响情况,使用部件法对发动机进行建模,然后分别在改变高压涡轮第1级导向器喉道面积、改变低压涡轮第1级导向器喉道面积和改变喷管出口面积的情况下,系统地分析了发动机性能的变化情况,对总体性能参数进行了定量的研究。结果表明:增加高压涡轮流通能力或低压涡轮流通能力,尾喷管进口总温与总压均升高,推力和燃油消耗率均增加;当高压涡轮流通能力增加10%时,推力仅增加1.69%,燃油消耗率增加2.52%,而当低压涡轮流通能力增加10%时,推力增加13.16%,耗油率也增加12.42%;扩大尾喷管出口面积,尾喷管进口总温与总压均降低,推力和燃油消耗率均减小,当尾喷管出口面积增加10%时,推力有16.19%的大幅降低,燃油消耗率减小4.02%。

可变几何涡轮增压器与发动机稳态匹配模型的研究

首先建立了在稳态工况下可变几何涡轮增压器(VGT)和发动机匹配的数学模型,讨论了建模中的几个关键问题。在此基础上,利用simulink建立了VGT与发动机匹配的模拟模型。通过大量的试验对模型进行了验证,结果表明模型的建立是正确的,应用该模型能较准确地预测各种工况下可调叶片的位置、涡轮流量等。最后,利用该模型模拟了过量空气系数一定时叶片转角随发动机转速、负荷等的变化,以及过量空气系数不同时对叶片转角和增压压力的要求的变化,得出了一些有关可调涡轮增压器匹配和设计的结论。

变几何涡轮动叶栅流场的PIV实验研究

对某变几何涡轮在不同导叶转角工况下进行了内流场PIV实验研究,获得了动叶叶栅流道及其下游区域详细的流场及涡量场数据,并对其进行了对比分析.结果表明:导叶转角从6°转到-6°的过程中,叶轮出口截面最大速度增加约11%,叶轮流道内部最大绝对速度增加约40.6%,气流角度单调变化,叶轮输出功率在这一过程中增加了42%;但随着导叶转角的减小,下游动叶流道的流动损失有所增加.

车用可变几何涡轮增压器喷嘴环叶片初步研究

对应用气动型与对称型喷嘴环叶片的车用可变几何涡轮增压器进行了研究。分别建立了两种喷嘴环三维模型,应用NUMECA软件对配置两种喷嘴环的涡轮进行了流场计算与分析。设计、加工了气动型叶片喷嘴环组件,分别将两种喷嘴环组件装配在同一台增压器上,进行了增压器涡轮性能对比试验。结果表明,气动型喷嘴环涡轮具有更宽广的流量范围,且效率更高。

脉冲进气条件下弹性约束导叶可变几何涡轮性能研究

文中基于可调涡轮弹性约束导叶的概念,采用流固耦合方法研究了在脉冲进气条件下,弹性约束导叶涡轮的非稳态特性以及脉冲幅值和频率对其性能的影响,通过与传统可调涡轮对比,分析了弹性约束导叶可调涡轮性能发生变化的原因.结果表明,脉冲进气幅值越小,频率越低,弹性约束导叶可调涡轮相对传统可调涡轮流量提升率越大,输出功率提升率越大,效率下降率越低.通过对转静子进口气流角以及导叶出口压力损失分布的分析,论证了弹性约束导叶涡轮性能对脉冲幅值和频率发生变化的原因.

航空发动机变几何涡轮增压性能研究

提出了一种变几何涡轮增压器用于发动机高空恢复功率的方法,并对其调节规律和相关特性进行研究。依据涡轮流动模型,分析了相同工况下不同喷嘴环开度对涡轮增压器工作的影响。在GT-POWER中建立了变几何涡轮增压发动机模型,通过全高度下不同工况的仿真分析,验证了变几何涡轮增压发动机恢复海平面功率的应用。结果表明,匹配了变几何涡轮增压器的发动机能够显著提高发动机高空可调范围,其使用升限从5 km提升到了6 km,对变几何涡轮增压器应用于恢复功率与喷嘴环开度的调节规律具有指导意义。

车用可变几何涡轮增压器执行机构的设计计算

介绍了几种可变几何涡轮增压器 (VGT)执行机构 ,并设计出了一种能够满足驱动力、驱动速度、精度等要求的执行机构 ,对该机构的动力学特性进行了分析和计算 ,并对其性能进行了试验。

可变几何涡轮与压气机协同调节对柴油机瞬态性能影响的仿真研究

为解决涡轮增压柴油机加速过程中碳烟排放恶化、压气机喘振的问题,提出了可变几何涡轮和压气机协同调节的方法。利用Ricardo Wave软件对某6缸柴油机进行了定转矩加速过程的仿真,研究加速起始负荷、加速时间和VGT开度对柴油机加速过程烟度排放的影响,并对加速过程的VGT和VGC控制规律进行了初步优化。结果表明:匹配VGT的柴油机在加速过程中进行压气机的协同调节,不仅可以有效改善柴油机的碳烟排放,同时能避免压气机发生喘振。

基于PWM方式的变几何涡轮增压器可调喷嘴气动执行机构

本文设计开发了一种用于连续调节变几何涡轮增压器可调喷嘴开度的气动执行机构,该气动执行机构采用两个由PWM方式驱动的快速开关阀控制膜片式单作用气缸工作腔中的充放气量,实现了对可调喷嘴开度的连续调节。仿真和台架测试结果表明,该气动执行机构具有耗气量小、可靠性高的优点,能够满足车用发动机对变几何涡轮增压器可调喷嘴执行机构的要求。

TPR56FV型可变几何涡轮增压器匹配12V265A型柴油机的配套研究

通过TPR56FV型可变几何涡轮增压器与12V265A型柴油机配套,研究了可变几何涡轮增压对改善柴油机部分负荷性能、拓宽柴油机环境应用条件以及降低增压器额定应用转速的影响。配机试验结果表明,通过调节可变几何涡轮(即调节喷嘴环开度),可大幅提升柴油机部分负荷负载率、明显改善环境应用条件对柴油机应用的限制、有效降低增压器额定应用转速。

变几何涡轮对涡轮气动性能的影响研究

针对自由涡轮导向器叶片可调的多级轴流涡轮进行气动性能研究。结果表明:通过改变自由涡轮导向器叶片角度可以调节多级涡轮的流量、效率、膨胀比分配和功率分配,自由涡轮导向器叶片角度变化对涡轮流场和各级静叶损失产生明显的影响。

变几何涡轮的损失研究

变几何涡轮与定几何涡轮相比,在静叶顶部多了一个端部间隙,端部间隙大小的选取十分重要,既要保证间隙损失不至于过大,又要保证其能够自由转动,不至于受热而被卡死。所以,在保证静叶能够转动的前提下,静叶的端部间隙应尽可能的小。以某一四级动力涡轮为例,分析了第一级静叶的端部间隙大小以及第一级静叶转角给涡轮损失带来的影响,建议变几何动力涡轮的静叶端部间隙选取为静叶叶高的1.8%。

变几何涡轮蛤壳状导叶的气动性能数值模拟分析

[目的]为了提升燃气轮机的工作性能,开展变几何涡轮蛤壳状导叶的气动性能研究工作。[方法]以某典型变几何涡轮导叶为原型,构建导叶压力侧固定且吸力侧旋转的涡轮蛤壳状导叶模型。基于剪切应力传输(SST)模型进行数值模拟,分析涡轮蛤壳状导叶和普通变几何涡轮导叶在不同工作状态下的参数变化规律。[结果]计算结果表明:当导叶旋转角为+3°~–3°时,涡轮蛤壳状导叶的气动性能具备一定优势,其流量更大且总压损失系数更小;当导叶旋转角超过+3°时,其流量增幅将明显减小,甚至出现停止增长或负增长的趋势;当吸力面的旋转角由负角度逐渐增加到0°时,总压损失系数将逐渐减小;当旋转角大于0°时,总压损失系数将随着旋转角的增加而增加。[结论]涡轮蛤壳状导叶可以在一定程度上改善涡轮的气动性能。

可变几何涡轮增压器液控执行机构的建模与仿真

简要介绍可变几何涡轮增压器的结构组成和工作原理,分析作为涡轮增压器核心部件的液控执行机构对涡轮增压器性能的影响。基于液控执行机构工作原理建立该液控执行机构的数学模型,利用Simulink仿真平台对该液压控制系统进行数字仿真,得出该液控系统的时域指标,并分析各结构参数对液控执行机构性能的影响。

单级轴流式变几何涡轮的计算模型及结果分析

为了研究涡轮静叶变几何后对整个涡轮级性能的影响,通过建立数学模型,对单级轴流式涡轮进行了一系列的热力计算,得到了在不同压比、不同转速下,涡轮静叶转角对涡轮流量、反力度,叶栅速度损失系数和轮周效率的影响。从计算结果中可看出,静叶的传动使得涡轮机的主要参数反力度发生变化,从而影响到整个级的运行;而对于损失系数来说,静叶的转动对静叶损失系数并无太大影响,在大部分转角范围内,使得动叶损失系数升高,减小了动叶损失。

变几何涡轮流动机制及气动性能数值模拟研究

使用CFD软件对某发动机高低压涡轮,通过调节高压涡轮导叶安装角度改变喉道面积,对安装角变化前后涡轮的性能及其流场的变化进行了数值模拟。详细分析了当高压涡轮导叶几何可调时,高、低压涡轮等熵效率、进口流量、反力度、出口总压损失系数、进出口气流角的变化规律。结果表明,通过调节高压涡轮导叶安装角,可有效控制涡轮进口流量,有效调节焓降在级间的分配。高压涡轮导叶打开或关闭,打开5°时效率有一定的提高,关闭时效率下降十分严重。高压涡轮导叶可调将对低压涡轮性能和流场造成一定的影响。

球面端壁造型变几何涡轮流场和性能数值研究

为了研究球面端壁变几何涡轮的效率特性及损失机理,对在一单级高压涡轮基础上改造而来的球面端壁变几何涡轮进行数值模拟。结果显示,对原始涡轮的球面端壁改造和导叶端区间隙的存在都会导致涡轮效率降低,且后者的影响更加显著。涡轮导叶关闭时,导叶尾迹损失和动叶二次流损失增强,造成涡轮效率急剧下降。导叶打开时,在低压比状态下导叶尾迹损失和动叶二次流损失被削弱,使涡轮效率得到提高;高压比状态下,动叶尾迹损失增大,导致涡轮效率降低。

导叶安装角变化对变几何涡轮性能影响的数值研究

为研究变几何涡轮导叶安装角变化对涡轮性能的影响,在传统定几何涡轮基础上,采用数值模拟方法对不同导叶安装角下涡轮导叶与动叶流场结构、出口参数、涡轮进口流量及效率进行了分析。结果表明:调整导叶安装角,可有效改变涡轮的通流能力,实现对涡轮流量的调节。针对所研究的小流量涡轮,导叶安装角转动1°,涡轮流量变化5%左右。安装角增大或减小幅度较大时都会引起动叶气流发生分离,导致涡轮效率下降,安装角减小时对效率影响更大;动叶负攻角设计可以提高涡轮的攻角适应性。

组合动力装置用变几何涡轮转速与安装角匹配研究

为了研究小型变几何涡轮转速与安装角匹配调节对涡轮性能的影响,其中包括研究小型变几何涡轮不同转速变化对涡轮反力度和效率的影响以及在设计转速下不同涡轮导叶安装角工作状态下,涡轮流量系数与效率随膨胀比的变化趋势,以组合动力装置IPU用小型变几何涡轮为研究对象,采用ICEM CFD和Turbo-grid软件分别对涡轮导叶和转子叶片进行网格划分,数值仿真模型计算域包括涡轮进口、导叶、动叶和涡轮出口。结果表明:通过涡轮转速调整,可以减弱安装角变化对涡轮效率的影响;随着导叶安装角增大,最优匹配工况的膨胀比逐渐降低,可很好地配合APU与EPU共用变几何涡轮的工作;可以通过转速与安装角匹配调节,明显提高变几何涡轮的变工况性能,涡轮流量在-17.2%~+33.2%的变化过程中,效率下降不超过0.03。