汽轮机调节阀内流动特性的试验研究

介绍了最常用的G-I型调节阀内的动态压力测量方法及其各关键部位的流动特性,尤其是引起不稳定流动的主要因素即气流的压力脉动特性。测试结果表明,调节阀处于不稳定工作状态即阀杆振动工况取决于脉动压力与阀杆固频率是否同频,并非其脉动压力值大小;调整阀杆固有频率是消除调节阀振动最简便和有效的方法。

固体颗粒与通道壁面相互作用的实验研究

本文通过实验研究了在一个水平直通道和三个倾斜通道内固体颗粒沿着主气流的方向运动,与通道壁面发生碰撞及和主气流掺混的特性。实验采用了PIV测试技术,获得了在流道中固体颗粒及气流的大量的瞬态及对应的时均流场数据。测量采用流场可视化技术,再现了流场的动态细节。在对实验数据分析的基础上,总结了有关颗粒扩散及与固壁碰撞的一些规律,定量阐述了固体颗粒与壁面碰撞的规律,提出了恢复系数为粒子入射速度与角度函数的模型。

多级冲击冷却流动与换热特性数值研究

本文对传统单级与多级冲击冷却的流动与换热特性进行了数值研究。结果表明,多级冲击冷却中横流在每一级的冲击腔中都重新开始累积,抑制了横流的发展,有效地降低了横流对下游冲击换热的不利影响。在相同雷诺数工况下,多级冲击结构的冷气用量大幅度节省,两级冲击为综合换热性能带来11%的增强,证明了多级冲击具有显著的热效益。相同冷气流量工况下,多级冲击拥有更高的射流雷诺数,提升了靶面整体的换热效果,两级、三级和四级冲击可分别为靶面带来1.8、2.3和2.6倍的换热强化,但对泵功和射流进口总压要求较高,导致综合换热性能随分级数的增加而降低。

进口旋流对热斑和端壁槽缝泄漏流迁移影响的研究

本文针对GE-E^3透平第一级叶栅进行了三维非定常数值计算,研究了进口旋流对热斑和静叶端壁槽缝泄漏流迁移机制的影响机理,分析了旋流、热斑及槽缝泄漏流综合作用下的透平气热特性。结果表明:旋流增强了热斑在静叶通道中的径向迁移,改变了静叶出口温度场分布,使动叶顶部温度升高,且反向旋流对叶顶的影响更为明显。反向旋流增强了静叶通道二次流的强度,不利于泄漏流对静叶端壁的冷却。正向旋流增强了动叶通道二次流的强度,加剧了静叶前缘槽缝泄漏流向动叶吸力侧的迁移,同时也增强了动叶压力面侧高温流体向端壁的迁移,使动叶端壁尾缘区域温度显著升高。

基于定涡黏性连续伴随的叶栅气热优化方法研究

本文基于网格节点位置坐标变分技术及流动通量雅克比矩阵,在定涡黏性假设下推导了适用于透平叶栅的连续伴随优化系统,降低了RANS方程下伴随系统的推导难度。针对透平叶栅气动换热优化问题,从质熵流和热熵流的角度定义了熵增目标函数,以综合衡量叶栅的气动和换热性能,其中质熵流对应流动损失,热熵流对应叶片表面换热损失。与定涡黏性假设下的连续伴随系统结合,详细推导了伴随方程及边界条件,建立了气动换热伴随优化系统。选取SST k-ω湍流模型及Gamma-Theta转捩模型进行流场和温度场模拟,配合伴随梯度值,使用最速下降法对无冷却结构的MarkⅡ叶栅和GE-E^3静叶进行了气动换热伴随优化分析。优化后总目标函数分别下降了32.95%和8.81%,验证了连续伴随优化系统的有效性。

基于伴随方法的叶片冷却通道导热优化研究

本文基于网格节点位置坐标变分技术,针对固体导热问题推导了导热伴随方程及其对应的边界条件,并应用有限体积法求解了导热与伴随方程。给出了固体域表面温度分布反设计问题和固体域平均温度正设计问题对应的目标泛函变分的具体表达式,应用拟牛顿算法构建了优化设计系统。针对空心圆环导热问题,计算了目标函数关于内径的梯度,并将计算结果与有限差分方法和理论值进行对比,验证了导热伴随系统的有效性。最后给出了空心圆柱内壁面形状反设计、空心叶片壁面厚度反设计的计算结果以及叶片型线保持不变,以降低叶片固体域平均温度为目标,对冷却通道隔板位置与厚度进行的优化设计结果。优化结构平均温度与初始结构相比降低了11.1 K。

复合冲击和复合旋流冷却特性的对比研究

针对应用旋流冷却和气膜冷却对涡轮叶片前缘区进行冷却系统设计的科学命题,首次建立了包含冷气腔、冲击/旋流腔、气膜孔和燃气主流通道的复合冲击和复合旋流冷却模型,利用数值方法在相同几何和气动条件下对比了复合冲击和复合旋流冷却的流动换热特性.研究结果表明:冲击孔/旋流喷嘴流量沿X方向逐渐增大,吹风比沿X方向先增大后减小.复合冲击冷却的气膜孔流量和吹风比沿X方向略有增大,复合旋流冷却气膜孔流量和吹风比沿X方向减小.复合旋流冷却平均Nu比复合冲击冷却提升13.0%.气膜孔会扰动冷气流动,使附近小范围区域Nu提升.与复合冲击冷却相比,复合旋流冷却气膜孔的冷气流量和速度大,肾型对涡强度高,绝热气膜冷却效率减小.