为了研究非轴对称端壁造型对典型燃气透平叶片端壁气动热力性能的影响,基于双控制型线非轴对称端壁造型方法,建立了间隙射流和主流掺混作用下非轴对称端壁气动热力性能的数值研究模型。在数值验证的基础上,研究了4种不同非轴对称端壁造型几何结构对叶栅端壁流动特性和气膜冷却性能的影响规律。结果表明,针对本文研究的大转折角透平叶片,在叶栅通道前部进行非轴对称端壁造型,会增强端壁的横向二次流,导致叶栅总压损失系数略有增大,会降低端壁的气膜有效度。而在叶栅通道后部进行非轴对称端壁造型,可以有效削弱端壁的横向二次流,减弱通道涡,从而降低叶栅的总压损失系数,同时,能够提升端壁横向平均气膜有效度高达22%,有利于提高端壁的气动热力性能。

结合非嵌入式多项式混沌展开方法、稀疏网格技术、Sobol Indic敏感度分析方法以及RANS方程求解方法,提出了涡轮动叶凹槽状叶顶气热性能不确定性量化分析方法,数值模拟与实验数据吻合一致验证了本文方法预测凹槽状叶顶气热性能的有效性。在量化几何参数叶顶间隙和运行参数主流进口总温以及吹风比的不确定性的基础上,对GE-E 3动叶叶顶的气动以及换热性能进行不确定性量化,详细分析了不确定性输入量对平均气膜冷却有效度、间隙泄漏量以及下游总压损失系数的影响,并且通过Sobol Indic方法对各不确定性变量对叶顶气热性能不确定性的贡献进行量化研究。不确定性分析的结果表明叶顶前缘区域的泄漏量对不确定性输入不敏感,但是尾缘区域泄漏量的不确定性偏差可达到25%;下游总压损失系数总体受不确定性波动的影响较小;在几何及工况不确定性的影...

为了控制涡轮叶顶间隙泄漏流以改善叶顶区域的流动状况,提出了机匣周向槽造型方法。以典型跨声速涡轮级(Thermal Turbomachinery and Machine Dynamics,TTM)模型为对象,研究了不同高度的机匣周向槽造型对涡轮叶顶流动结构和气动特性的影响。结果表明,引入机匣周向槽造型后,近叶顶涡系结构发生了显著变化,叶顶泄漏涡(TLV)分为前后两部分,TLV-1穿过上通道涡(UPV)并逐渐被消耗,TLV-2则在周向槽之后重新形成并发展至尾缘,导致TLV的强度减弱,尺度减小。此外,由于周向槽的卷吸削弱了马蹄涡压力侧分支(HVP)的强度,加上TLV-1的压制和消耗,UPV更为远离机匣,与TLV的交互作用减弱,其强度减弱,尺度减小。总体而言,随着造型高度增大,叶顶间隙泄漏率逐渐减小,涡轮级总静效率先增大后减小。相比于无周向槽设计,当造型高度为2倍叶顶间隙时,叶顶泄漏率可降低0.15%,涡轮级总静效...

本文通过求解SST湍流模型以及三维Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes(URANS)方程,研究了单级轴流透平轮缘密封整周模型的流动与封严特性。分析了不同冷气流量下的封严效率与压力波动的变化,并通过与仅保留静叶和仅保留动叶的简化模型比较,分析了动静叶对主流与盘腔内压力波动的影响。结果表明盘腔内部封严效率存在周向波动但无明显周期性规律,主流与盘腔内的压力周向波动受动静叶的影响,存在明显的周期性规律,静叶下游压力波动周期数等于静叶数,动叶上游与盘腔内部压力波动周期数等于动叶数。

为满足新能源汽轮机低压进汽系统的开发,采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程研究了耦合第一级的光热汽轮机低压进汽结构的气动性能,并对无叶通道进行了优化设计,同时考虑了不同蒸汽调节阀结构对低压进汽系统通流能力的影响。结果表明:原始低压进汽结构会造成较宽跨度的静叶进汽攻角和较大的进汽不均匀度,最大汽流角分布在蜗壳的左右两侧;优化的策略在于增大进汽弯管的出流面积和倾角,通过减小滞止涡来降低汽流角跨度和进汽不均匀度,这样可以有效地改善第一级静叶进口的汽流组织;随着调节阀门偏心度的增加,蒸汽阀通流能力增大,且总压损失降低。研究方法和结果为高性能光热汽轮机通流设计提供了技术支撑。

为提高叶栅的气动性能提出基于能量法的叶栅自动设计参数化方法结合自适应差分进化算法和Reynolds-Averaged Navier-Stokes （RANS）方程求解技术提出适用于透平叶栅气动优化设计的自动气动优化算法。以总压恢复系数最高为目标函数在满足流量和出口气流角约束条件下利用提出的气动优化算法对一小展弦比后加载叶栅进行了自动气动优化设计。优化后叶栅的总压恢复系数提高了0.7%叶栅的气动性能明显提高。优化结果表明该算法具有良好的优化性能和应用前景。

叙述了锻造液压机液压系统的基本构造，分析了锻造液压机的发展现状，探讨了仿真技术在锻压设备设计中的应用及液压仿真技术的发展趋势。