轴向间距对贯流式水轮机水力性能的影响

为了寻找贯流式水轮机中导叶与转轮轴向间距的合理取值,在保证其结构紧凑性的同时,获得良好的水力性能,在其他主要参数不变的情况下,通过试验与数值计算相结合的方法,分别对导叶与转轮之间轴向间距s值为30,40,50,60和70 mm的微贯流式水轮机模型进行全流场数值计算,研究轴向间距对贯流式水轮机水力性能的影响.结果表明:水轮机的水头随着轴向间距的增大而增加,水轮机的轴功率随着轴向间距的增大呈现先上升后稳定的趋势;综合各流量条件,水轮机通常在适中的轴向间距下取得较高的效率,该模型在s=40 mm时效率达到最高.选择适中的轴向间距可以改善转轮叶片表面压力分布和流态;过大的轴向间距会导致转轮进口发生负撞击,出现脱流现象;转轮出口的湍动能随着轴向间距的扩大而减小.在最优工况下,轴向间距从30 mm扩大至70 mm的过程中,转轮内部的水力损失逐渐增加,增加幅度达到15.6%,而出水管中的水力损失则减小了19.7%,总水力损失呈增加趋势.综合考虑,选用s=40 mm作为最终方案.

轴向间距对FBCDZ-10-No20型对旋风机失速过程的影响

对旋风机在小流量工况运行时容易出现失速甚至喘振等不稳定现象,为研究轴向间距对对旋风机失速起始及其发展与传播过程的影响,采用Shear Stress Transport(剪切应力输运)k-ω湍流模型,对一台FBCDZ-10-No20型对旋风机全通道内的非定常流动进行数值模拟,探究了2种轴向间距下对旋风机的失速发展过程。结果表明:轴向间距对对旋风机失速起始及发展过程具有显著影响。在失速起始阶段,当对旋风机两级叶轮的轴向间距为170 mm时,失速起始扰动首先发生于后级叶根吸力面的尾缘区域,之后扰动沿径向从叶根向叶顶发展,沿周向向某个叶片通道聚集,导致该叶片通道堵塞,从而引起对旋风机失速;当轴向间距为70 mm时,失速起始扰动先后发生于前、后级的叶顶区域,之后扰动逐渐增强,最终发生失速。在完全失速阶段,轴向间距对于失速涡团沿周向、轴向及径向的传播都具有显著影响。轴向间距为170 mm时对旋风机进入单涡团全叶高失速,失速涡团沿轴向传播范围限于后级叶轮区域,沿周向以33.3%的后级转速旋转;轴向间距为70 mm时对旋风机进入多涡团部分叶高失速,失速涡团先后在两级叶轮叶顶区域产生,沿轴向向上、下游传播,沿径向分散于各叶片通道的70%叶高以上区域。由于两级叶轮轴向间距的改变,引起了对旋风机的失速起始扰动类型发生了由“局部喘振型”向“突尖型”的转变。

轴向间距对矿用旋风机旋转失速性能的影响

矿用对旋风机在小流量工况运行时极易出现旋转失速现象,严重影响其运行稳定性。采用SST k-ω湍流模型,对FBCDZ-10-No20型对旋风机在5种轴向间距下全流道内的非定常流动进行数值模拟,研究了轴向间距对矿用对旋风机失速过程的影响,揭示了不同轴向间距时的失速起始与发展机理。结果表明:轴向间距对失速起始扰动的首发位置、表现形式和发展过程都具有显著影响。对于70、100 mm两种轴向间距,失速起始扰动均首发于前级叶顶,随后在两级叶轮之间的动−动干涉作用下,后级叶顶也出现失速起始扰动,但与70 mm的轴向间距相比,当轴向间距为100 mm时,动−动干涉效应相对较弱,使得后级出现失速起始扰动需要更长的时间。对于140、170、225 mm三种轴向间距,失速起始扰动均是首先发生在后级叶根区域,不同的是140 mm间距时,前级叶顶泄漏流不能完全随主流流出通道,而是形成了局部叶顶堵塞区;而对于170、225 mm两种间距,前级叶顶则几乎没有堵塞区,最终仅在后级形成了成熟的失速涡团。随着轴向间距的增大,由前级叶顶泄漏流发生前缘溢流及尾缘反流形成的堵塞区逐渐缩小,而由后级叶根吸力面径向涡流形成的堵塞区则逐渐增大,当前级叶顶泄漏流无法形成堵塞区时,失速类型就由前级叶顶泄漏流诱发的“突尖型”转变为由后级叶根径向涡流诱发的“局部喘振型”。

轴向间距变化及涂层对高压涡轮叶片振动的影响

为了研究不同轴向间距及涂层对涡轮叶片振动响应的影响,采用SST(shear stress transportation)湍流模型对高压涡轮导叶尾迹作用下的某高压涡轮转子叶片非定常流动进行数值模拟。通过对时域叶片表面压力载荷进行快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)频域分解获取激振力的谐波分量,建立了三维非定常流场激励下特定振动模态的涡轮叶片强迫响应分析模型,利用压力扰动均方根有效值作为气动激励强度的量化参数以及获取流场激励下的叶片幅值响应,对比了不同轴向间距、考虑有无涂层的叶片振动响应差异。结果表明:在保持进气条件不变时,存在叶片振动响应幅值随轴向间距的增加而减弱的趋势,即轴向间距的增加能有效降低叶片的振动应力;叶片涂层亦有助于降低叶片的振动响应幅值。

轴向间距变化对轴流压气机全流量特性的影响

针对动静叶排轴向间距变化对压气机特性的影响,实验研究了6个轴向间距下压气机的压升特性。并采取在静子叶片表面埋入微型压力传感器的方法,对叶尖、叶中和叶根三个截面上的动态压力进行了测量。结果表明,对于同一轴向间距,不同转速下包括左支特性在内的全流量范围的压升特性具有重合性;轴向间距对压气机的失速流量和失速模态有很大的影响,轴向间距减小时,压气机的失速流量减小,稳定性得到加强;而且压气机工作于多团失速时的流量范围减小,失速模态由多团失速过渡到单团失速提前。

轴向间距对时序效应影响的研究

通过数值模拟研究了叶排间轴向间距对1.5级涡轮叶栅时序效应的影响。结果表明,轴向间距对时序效应有很 大影响,涡轮效率的变化幅度以及效率极值出现的位置都发生了明显改变。

轴向间距对压气机气动稳定性的影响

针对低速轴流压缩系统 ,从理论分析和试验验证两个方面论述了静子在轴流压气机气动稳定性方面的作用。理论上论证了 ,当静子非首先失速部件时 ,其作用有利于抑制扰动的发展 ,增强压气机的气动稳定性 ;试验验证了 ,随着转静子之间轴向间距的减小 ,静子的增稳作用增强 。

1+1/2对转涡轮叶排轴向间距对性能影响的研究

木文对1+1/2对转涡轮中轴向间距影响进行了初步研究。对不同轴向间距叶栅流场进行了大量时间精确模拟。研究表明,1+1/2对转涡轮高低压转叶间轴向间距成为追求高效率的制约因素,轴向间距为高压转叶喉部宽度是关键点。因此有关小轴向间距下强激波/叶排干扰的研究应该加强。

轴向间距对压气机失速特性的影响

采取在静子叶片表面埋入微型压力传感器的方法,对叶尖、叶中和叶根三个截面上的动态压力进行测量,实验研究了六个轴向间距下压气机的旋转失速特性。实验结果表明:轴向间距对压气机失速点的流量系数影响很大,转静子轴向间距减少,压气机失速推迟;压气机刚进入旋转失速的模态与轴向间距有关,轴向间距较大时,压气机首先进入多团全叶高旋转失速,当轴向间距为21％CR时,压气机直接进入单团全叶高旋转失速;轴向间距不同,近失速点的压力扰动也存在差别。

轴向间距对矿用对旋式通风机性能的影响

基于选取合理轴向间距的需要,通过大涡模拟(LES)对7种不同轴向间距的矿用对旋式主通风机的非定常流场进行数值计算,分析了额定流量下,该风机气动噪声特性、转子安全性和气动性能随轴向间距的变化情况。结果显示:气动噪声特性、转子安全性都随轴向间距增大而提高,但分别在轴向间距达到0.80倍和0.60～0.70倍第一级叶中弦长(b)后,变化趋势放缓,进一步增加轴向间距意义不大;而轴向间距在(0.55～0.60)b时气动性能达到最佳,后级转子的进气角、尾迹与主流的掺混是影响其变化的主要因素。研究结果表明,0.7b左右是该通风机综合性能较好的轴向间距范围。

轴向间距对两级轴流风机失速先兆的影响机制

基于节流阀函数以及SSTk-ω湍流模型,对某电站两级动叶可调式轴流风机的非定常失稳过程进行数值模拟,分析了3种轴向间距对风机失速先兆起始位置、表现形式以及失速三维非定常演化过程的影响机制.结果表明:风机稳定运行范围随着轴向间距的缩短得到拓宽;不同轴向间距下,第二级动叶内首先出现失速先兆,且失速先兆表现形式相同,均为突尖型;轴向间距增大时,失速先兆从第二级动叶传播至第一级动叶所用时间增加;轴向间距对叶顶间隙分离涡的产生具有重要影响,轴向间距较小时,分离涡主要由相邻流道的泄漏流绕过尾缘附近反向流入流道并与主流相互作用形成,轴向间距较大时分离涡的形成主要与叶顶间隙的泄漏流有关.

轴向间距对低反力度压气机性能影响的二维非定常数值研究

为进一步明晰低反力度压气机内部复杂流动机理,以低速低反力度吸附式压气机叶展中截面微元段作为研究对象,借助非定常数值模拟的方法,探讨了变轴向间距对低反力度压气机气动性能的影响。研究结果显示,轴向间距缩短后,转子受下游静子势流的作用更为明显,近尾缘区域静压波动幅度增加、尾迹亏损加剧;在静子流道输运过程中,转子尾迹呈现出明显的离散趋势且与静子吸力面附面层干涉作用加剧,这导致静子通流损失增加12.976%,整机效率降低了0.16%。

对旋风机轴向间距对其性能及流场的影响研究

以FBD8.0对旋风机为研究对象,利用计算流体力学软件FLUENT对四种不同轴向间距下对旋轴流式通风机内部流场及其性能进行研究。结果表明随着两级叶轮轴向间距的增加,对旋风机效率先增大后减小;一定范围内增大轴向间距减小了两级叶轮的相互干涉,有利于气流均匀化;两级叶轮的相互干扰主要体现在第一级叶轮对第二级的干扰上,第二级对第一级叶轮有干扰但是作用不明显。轴向间距的减小则会使轴向间距内产生较严重的涡流现象,增加涡流损失。而过大的轴向间距不仅会增加风机的轴向尺寸,还会造成压力损失增加,导致风机压力、流量以及效率均有所降低。

轴向间距变化对低压涡轮定常与非定常气动性能影响的数值研究

为了研究不同轴向间距下定常计算与非定常计算间的差异,以表明在涡轮设计中进行非定常计算与分析的必要性,对高负荷低压涡轮级进行了在不同轴向间距下的定常和非定常流动的数值模拟研究,并通过分析动静干涉条件下轴向间距变化对涡轮气动性能的影响并与定常条件下间距变化对气动性能的影响进行对比。结果表明:只有在某个合适的轴向间距范围内,定常计算结果才具有较好的参考价值;轴向间距的增加使得动叶正、负攻角都有减小的趋势,有利于改善动叶的流动状况;非定常流动的动量掺混损失具有其逆效应,它使动叶端部横向压力梯度减弱,二次流损失下降。

多级轴流风机轴向间距变化对性能的影响

运用三维黏性流动计算软件NUMECA-FINE对1台多级轴流风机进行了数值模拟计算.针对3种不同动静叶排轴向间距,重点分析了轴向间距的变化对风机性能的影响.结果表明,在额定流量附近随着动静叶排轴向间距减少,动静叶片间距对风机的效率和压升影响不大.因此,适当改变风机动静叶排轴向间距不会影响风机压升和效率,从而可减小多级风机的轴向尺寸,以方便发电机结构布置.

轴流泵动静部件轴向间距对内部流场的影响

基于标准k-ε湍流模型,采用ANSYS Workbench中的自适应网格技术,对轴流泵叶轮出口与导叶进口轴向间距值为10、20、30、40mm时进行多工况数值模拟,研究改变轴向间距对轴流泵性能的影响,得到了不同轴向间距下叶轮出口轴向速度分布。数值计算所得的扬程、效率与试验结果接近。计算结果表明,轴向间距的变化对轴流泵内部流场有明显的影响,适当增大轴向间距有利于改善小流量工况下泵运行性能。

轴向间距对压气机稳定性的影响(英文)

对低速轴流压气机五个轴向间距下的压气机特性进行了试验。通过试验分析了轴向间距对压气机失速点流量,以及对压气机工作于多团旋转失速流量范围的影响,论证了静子在轴流压气机中具有抑制扰动波发展以及增强气动稳定性的作用。实验结果表明,随着转静子之间轴向间距的减小,静子的增稳作用增强,压气机的失速流量减小。

轴向间距对轴流风机失速流场特征影响

轴向间距作为轴流风机重要的结构参数,研究其对旋转失速的影响机制具有重要意义。本文采用Realizable k-ε湍流模型,利用Fluent软件对不同轴向间距下风机旋转失速非定常演化过程进行数值模拟。结果表明:在近失速工况下叶片压力面前缘和后缘静压系数沿气流方向迅速减小;叶顶区域先于其他叶高区域出现失速先兆,失速先兆占据的流道随轴向间距的增大而增多;风机进入旋转失速后,大轴向间距下高湍动能区域的面积增大、数目增多;第二级动叶内相对应位置处,压力随轴向间距的增大而减小。

轴向间距对转子叶片颤振特性的影响机理

使用自行开发的非定常流固耦合数值模拟程序,研究了上游叶排影响转子叶片颤振特性的机理,采用影响系数法分析轴向间距影响转子气动弹性稳定性的规律。结果表明:在协调叶栅中,叶片吸力面相邻的叶片振动对转子叶片气动阻尼的大小起决定性作用,其影响甚至超过振动叶片本身的影响;多排环境中,导叶(IGV)对转子叶片气动阻尼最小值的影响最大,并使其对应的节径增大;相邻叶片振动引起的通道变化抑制了导叶对非定常压力波的反射作用;随着轴向间距的减小,导叶对非定常压力波的反射作用减弱了非定常压力波的周向衰减,从而增大了叶片振动的非定常影响范围;在多排环境中使用影响系数法需要测量更多的叶片才能得到较为准确的气动阻尼。

轴向间距改变对压气机clocking效应影响的数值模拟

采用一种新型的环面叶栅计算方法对两级低速压气机中径处的非定常流动情况进行了数值模拟,针对第二排静叶在一个栅距内的8个不同的时序位置下,同时移动动叶在轴向相对位置,通过数值计算结果表明:在两级静叶间轴向间距不变的情况下,动叶的轴向位置对上游静叶尾迹输运过程有显著影响,在三个CASE计算中,动叶后移时,压气机效率整体最高。轴向间距的缩短对提高整机效率有益。此外环面叶栅计算结果跟平面叶栅结果总体上趋于一致,最高、最低时序位置也相同,但流场信息更为丰富合理;相对于通常的单流道计算,环面叶栅方法更能全面反映全流道周向流动情况,从而为叶轮机械设计及前后叶排间相互干涉研究提供理论依据。