根据给定的工质R245fa和透平输出功率10k W,利用MATLAB软件编写有机工质向心透平气动设计程序,对设计输入参数进行敏感性分析,并利用遗传优化算法(Genetic Algorithm)对一维气动设计进行全局优化,得到约束条件下最高轮周效率为85.76%。在ANSYS平台上利用一维气动设计优化结果进行三维造型设计和计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)数值模拟。CFD模拟结果显示,模拟的透平输出功率与一维设计结果误差为3%,透平效率误差为2.08%,说明一维气动设计准确性。

应用LU-SGS-GE隐式格式和改良型高阶MUSCL TVD格式,通过求解全三维可压缩Reynolds平均的Navi-er-Stokes方程和低Reynolds数q-ω双方程湍流模型,对后弯角30°的Krain离心叶轮在设计工况下通道内复杂的三维流动进行了计算.计算结果与实验数据符合良好,说明该方法适用于大逆压梯度流动的数值模拟,可以用来深入研究离心压气机内各种复杂的三维流动现象.

以某超临界汽轮机新型补汽阀为模型,对新型补汽阀进行了稳态和非稳态全三维数值模拟,根据各截面流线图、马赫数云图等,分析了新型补汽阀内的流动情况,并根据监测点分析阀门内的振动情况。

以某型动力涡轮为研究对象,利用ANSYS-CFX软件对其进行数值模拟,分析其总体性能与内部流场。基于造型软件BladeGen对气动性能较差的第二级静叶进行拟合,获得参数化模型,针对原型流场的不良特性进行叶型优化设计与全三维通流计算。结果表明该反力式涡轮的设计思想是使气流以较大负攻角流入叶栅,从而抑制叶片附面层增厚。相比于原型,优化后第二级静叶流场内的表面静压分布与马赫数分布明显改善,涡轮的总静效率提升了0.307%。本研究可为动力涡轮的气动设计与优化提供参考。

使用数值计算方法研究了压比、内流马赫数、外流马赫数、吹风比、速度比等气膜冷却设计中常见的气动参数对气膜孔流量系数的影响。基于数值计算结果,提出了一种气膜孔流量系数的计算关联式。与文献中试验数据的对比表明,该关联式精度较高,可以为涡轮叶片冷却设计提供参考。

搭建了一叶型优化平台,并基于此对一高亚声速叶型进行了多目标优化设计。研究结果表明,应用叶型优化技术后,叶型负荷呈前加载分布且前缘Spike强度减弱,设计以及非设计冲角下的气动损失均大幅度降低,叶型有效工作范围冲角增加。

动密封技术控制着旋转动静部件的泄漏流动,对透平性能具有显著影响,干气密封是S-CO2透平中广泛采用的一种高性能端面密封形式。基于哈汽公司自主研发的3MW S-CO2轴流透平,开展干气密封结构方案设计。利用流热耦合的数值计算方法,开展干气密封冷却方案优化。计算结果表明,当密封冷却气流量不小于0.75 kg/s时,密封结构表面温度满足设计要求。

超超临界机组密封动力特性受转子运动影响显著,极易诱发转子失稳。以某1000MW汽轮机超高压缸迷宫密封为例建立密封转子三维模型,采用改进的涡动方程和动网格技术实现微间隙转子多频涡动,分析了不同涡动半径对密封动力特性的影响。结果表明:随着涡动半径增加,直接刚度增大,有效阻尼增大。直接阻尼随频率增加先减小至不变。低频范围内,较大涡动半径下的有效阻尼较显著低,转子容易发生失稳。

针对传统汽轮机调节阀组综合流量特性斜率为1的线性度设计规则,定义了特性曲线设计的自由度概念;在此基础上,根据实际机组调节特性差异性,提出了基于实际运行大数据的流量特性变自由度设计及实现策略。在多台实际变负荷能力受限、被电网考核严重的亚临界330MW供热机组上进行实际应用测试,取得了良好的应用效果AGC性能指标提升明显,给电厂带来很大的间接经济效益。所以,该汽轮机调节阀组流量特性的优化设计策略具有非常大的有效性及实际应用价值。

目前对可倾瓦轴承润滑性能的研究普遍局限于轴承偏心率0-1的范围。以四瓦可倾瓦轴承为对象,研究轴承偏心率大于1,即大偏心工况下,可倾瓦轴承的润滑性能。计算某可倾瓦轴承瓦间承载下的静动特性参数并与典型瓦面承载计算结果对比分析,并针对支点系数0.5、比压为0.6MPa的实例进行具体说明。结果表明：可倾瓦轴承在常用比压下会出现轴承大偏心状态,瓦间承载下承载力、最小膜厚和油膜刚度等关键润滑性能随偏心率变化的曲线与瓦面承载下的曲线相比有明显的滞后特点。