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涡旋射流控制逆压梯度平板边界层分离的涡结构研究

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西安交通大学学报 2012年第1期46卷 1-8页

作者：张荻樊涛蓝吉兵谢永慧西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 中国电力工程顾问集团西北电力设计院西安710075

为了研究涡旋射流控制边界层分离的物理机理,设计、搭建了涡旋射流控制逆压梯度平板边界层分离实验台,在此基础上对低雷诺数下平板边界层分离及射流控制进行了实验和数值研究.通过对比不同射流控制方式的统计特性及射流控制效果,揭示了... 详细信息

为了研究涡旋射流控制边界层分离的物理机理,设计、搭建了涡旋射流控制逆压梯度平板边界层分离实验台,在此基础上对低雷诺数下平板边界层分离及射流控制进行了实验和数值研究.通过对比不同射流控制方式的统计特性及射流控制效果,揭示了射流流场大尺度相干结构的演化规律.射流瞬时流动细节的研究表明:发卡涡和类发卡涡是逆压梯度环境下直射流和斜射流中比较典型的涡结构;在斜射流中,随着类发卡涡的发展,射流孔下游发展成熟的类发卡涡涡腿外侧出现了不断增强的次生流向涡结构;次生涡结构对壁面附近能量的增大和质量的输运、耗散具有重要的作用.经对比发现,斜射流控制流动分离的效果明显优于直射流.

关键词：流动控制涡旋射流大涡模拟粒子成像测速

不同球窝/球凸结构的旋转矩形通道传热及阻力特性研究

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西安交通大学学报 2011年第11期45卷 52-57页

作者：申仲旸谢永慧张荻蓝吉兵西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

采用数值模拟方法研究了旋转工况下球窝/球凸结构对通道传热特性和阻力特性的影响,利用SSTk-ω湍流模型求解了黏性Navier-Stokes方程,其中矩形通道的一侧布置球凸,另一侧布置球窝,球窝/球凸的结构分为圆形、竖椭圆和横椭圆.研究结果表明... 详细信息

采用数值模拟方法研究了旋转工况下球窝/球凸结构对通道传热特性和阻力特性的影响,利用SSTk-ω湍流模型求解了黏性Navier-Stokes方程,其中矩形通道的一侧布置球凸,另一侧布置球窝,球窝/球凸的结构分为圆形、竖椭圆和横椭圆.研究结果表明:球凸的迎风前缘传热能力大大增强,背风后缘及其之后的尾迹区域出现流动分离且传热性能有所减弱;球窝的前缘出现了流动分离且传热性能明显减弱,后半球窝处的分离流体再附使传热能力增强.通道旋转对传热阻力特性的影响很大,主要是旋转使得球窝/球凸表面的流动分离再附提前发生或延迟出现,后缘面流动分离再附频繁出现.比较3种通道发现:竖椭圆球窝/球凸通道和圆形球窝/球凸通道的平均Nu和摩擦系数几乎相等,横椭圆球窝/球凸通道的平均Nu和摩擦系数明显大于圆形、竖椭圆通道.

关键词：球窝/球凸旋转矩形通道传热特性阻力特性

合成射流控制下低压高负荷透平叶片边界层分离大涡模拟

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西安交通大学学报 2011年第3期45卷 58-64页

作者：叶冬挺张荻蓝吉兵谢永慧西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 上海电气电站设备有限公司上海201100

为了研究合成射流对低压高负荷透平叶片边界层流动分离进行控制的效果及机理,采用大涡模拟方法对利用合成射流控制低压高负荷透平Pak-B叶栅内的非稳态流动分离特性进行了研究.在合成射流控制下的结果表明:Pak-B叶栅吸力面流动分离位置... 详细信息

为了研究合成射流对低压高负荷透平叶片边界层流动分离进行控制的效果及机理,采用大涡模拟方法对利用合成射流控制低压高负荷透平Pak-B叶栅内的非稳态流动分离特性进行了研究.在合成射流控制下的结果表明:Pak-B叶栅吸力面流动分离位置变化不大,再附位置明显提前,叶栅吸力面尾缘区域逆压梯度明显减小,总压损失系数降低,分离泡尺寸缩小;叶栅吸力面大部分剪切层黏附于壁面,也未出现大尺度二维展向涡,静压脉动特征频率向高频转移,低频脉动幅值降低,大尺度涡旋结构发生变化.通过研究还发现:在吹气过程中,边界层外部高能流体被射流卷吸进入边界层内,边界层内流体能量增大进而抑制了分离;在吸气过程中,射流孔上游区域边界层厚度减小,流速增大,从而抑制了下游流动分离.

关键词：低压透平高负荷叶片合成射流大涡模拟流动控制

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工业燃机轴流压气机级间引气结构的压损特性

中国电机工程学报 2024年第11期44卷 4395-4405,I0018页

作者：丁骏戴斌唐燕佳谢健郑群蓝吉兵杭州汽轮控股有限公司浙江省杭州市310022 杭州汽轮动力集团股份有限公司浙江省杭州市310022 杭州汽轮新能源有限公司浙江省杭州市310022 哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江省哈尔滨市150001

为研究级间引气结构的压损特性,为工业燃机中的相关结构设计提供参考,采用仿真手段对真实的工业燃气轮机多级轴流压气机的级间引气结构进行数值研究,计算域涵盖压气机的多个主流通道和旁路的引气槽道、腔室、管路。结果表明:小引气率下... 详细信息

为研究级间引气结构的压损特性,为工业燃机中的相关结构设计提供参考,采用仿真手段对真实的工业燃气轮机多级轴流压气机的级间引气结构进行数值研究,计算域涵盖压气机的多个主流通道和旁路的引气槽道、腔室、管路。结果表明:小引气率下,引气口的气流滞止和折转所导致的压力损失占总损失的五成以上;大引气率下,引气腔室内的流动掺混和引气支管口的流动分离所导致的压力损失占总损失的七成以上。不同区域的流动损失受引气率、引气管路的雷诺数、引气腔室的水力直径影响。下一步可以通过神经网络的方法训练得到零维的级间引气模型,用于进一步的性能评估。

关键词：工业燃机轴流压气机引气数值仿真缩放仿真

二次空气系统中轴向旋转孔流阻特性的数值研究

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热能动力工程 2021年第9期36卷 139-145页

作者：张伟蓝吉兵赵旭洋隋永枫杭州汽轮动力集团有限公司浙江杭州310000

通过计算流体动力学(CFD)研究了燃气轮机二次空气系统中轴向旋转孔的进口圆角比、长径比、压比和进口气流冲角对轴向旋转孔流量系数Cd的影响。计算结果表明,当孔的进口圆角比r/d<0.2时,孔圆角的变化对流量系数影响显著;长径比、压比对... 详细信息

通过计算流体动力学(CFD)研究了燃气轮机二次空气系统中轴向旋转孔的进口圆角比、长径比、压比和进口气流冲角对轴向旋转孔流量系数Cd的影响。计算结果表明,当孔的进口圆角比r/d<0.2时,孔圆角的变化对流量系数影响显著;长径比、压比对进口有/无圆角的孔的流量系数影响规律不同,长径比越大时进口气流冲角对流量系数的影响越小;进口圆角比也会影响进口气流冲角对流量系数的影响规律。依据数值计算结果,对典型的旋转孔流量系数估算公式进行了修正,提高了经验公式的计算精度。

关键词：轴向旋转孔流量系数经验计算公式数值计算二次空气系统

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定向结晶涡轮叶片低循环寿命分析及结构优化

热能动力工程 2020年第1期35卷 44-48页

作者：魏佳明王博蓝吉兵隋永枫杭州汽轮动力集团有限公司中央研究院浙江杭州310000 浙江省燃气涡轮机械制造业创新中心浙江杭州310022 浙江燃创透平机械股份有限公司浙江杭州311199

为保证涡轮叶片的安全性,需要对叶片进行强度分析及寿命预测。以某定向结晶涡轮冷却叶片为例,首先采用三维流热固耦合方法获得叶片温度场分布,然后基于Hill屈服准则,对叶片进行热弹塑性应力应变分析,最后采用带平均应力修正的Morrow公... 详细信息

为保证涡轮叶片的安全性,需要对叶片进行强度分析及寿命预测。以某定向结晶涡轮冷却叶片为例,首先采用三维流热固耦合方法获得叶片温度场分布,然后基于Hill屈服准则,对叶片进行热弹塑性应力应变分析,最后采用带平均应力修正的Morrow公式得到叶片低循环疲劳寿命,并基于计算结果,对局部区域进行结构优化。结果表明:叶身与平台转接圆角吸力面前段(区域1)和吸力面尾缘段(区域2)温度高且应力大,将其作为考核点,两处区域低循环寿命分别为15669和2349。根据工程设计经验,对区域2提出了两种优化方案,其中大圆角设计(R=10)使该点等效应力降低9.9%,低循环疲劳寿命增加157.5%。

关键词： Hill屈服准则流热固耦合热弹塑性低循环疲劳寿命结构优化

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某燃气轮机涡轮动叶片腐蚀疲劳失效分析

热力发电 2022年第12期51卷 112-118页

作者：隋永枫蓝吉兵魏佳明余沛坰王建明浙江燃创透平机械股份有限公司浙江杭州310022 杭州汽轮机股份有限公司先进动力研究院浙江杭州310022 浙江巴顿焊接技术研究院浙江杭州310022

针对某燃气轮机涡轮第1级动叶叶身表面涂层剥落及尾缘转接R处产生疲劳裂纹的现象进行了失效分析,并对失效机理进行探讨。首先,对失效叶片开展了理化检查,包括外观检查、化学成分分析及显微组织分析;然后模拟了机组运行时涡轮叶片的温度... 详细信息

针对某燃气轮机涡轮第1级动叶叶身表面涂层剥落及尾缘转接R处产生疲劳裂纹的现象进行了失效分析,并对失效机理进行探讨。首先,对失效叶片开展了理化检查,包括外观检查、化学成分分析及显微组织分析;然后模拟了机组运行时涡轮叶片的温度场和应力场分布。研究结果表明:重油中的S和V燃烧后产生硫酸盐和钒酸盐,局部高温促使其加速穿过陶瓷隔热层中的空隙并产生反应,从而使涂层出现脱落;温度场计算获得的局部高温区域与涂层剥落区域吻合;叶片应力模拟计算结果显示尾缘应力水平较高,频繁的启停使尾缘转接R处产生疲劳裂纹。基于研究结果,得出此次叶片失效的主要原因是腐蚀疲劳失效,并对涡轮叶片使用提出了合理的建议。

关键词：燃气轮机失效分析理化检查叶片外换热叶片应力模拟腐蚀疲劳

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多界面CrN/CrAlN涂层在海水环境中的腐蚀磨损性能研究

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表面技术 2022年第1期51卷 69-78页

作者：李文生孙绪伟王永欣李金龙王春婷隋永枫蓝吉兵兰州理工大学有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050 中国科学院宁波材料与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室浙江宁波315201 杭州汽轮动力集团有限公司杭州310022

目的通过多界面结构CrN/CrAlN涂层来提高316不锈钢在海水中的耐腐蚀磨损性能。方法采用多弧离子镀技术在316不锈钢基底表面制备CrAlN单层和CrN/CrAlN多层涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)等设备... 详细信息

目的通过多界面结构CrN/CrAlN涂层来提高316不锈钢在海水中的耐腐蚀磨损性能。方法采用多弧离子镀技术在316不锈钢基底表面制备CrAlN单层和CrN/CrAlN多层涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)等设备表征涂层的微观结构和相组成;借助纳米压痕仪及划痕仪分别测试涂层的硬度和结合强度;通过往复式摩擦磨损试验机及电化学工作站,实时记录涂层在人工海水环境下摩擦系数和电化学信号的连续变化,并采用扫描电子显微镜对磨痕形貌进行分析,评价CrAlN单层和CrN/CrAlN多层涂层在人工海水环境中的腐蚀磨损特性。结果CrN/CrAlN多层涂层结构致密,层间界面清晰,厚度大约在4.12μm,力学性能优异,其硬度高达37.65 GPa。在海水环境中,摩擦系数随外加电位增加而降低,且当外加电位为0.2 V时,最低摩擦系数在0.29左右。而多层涂层损失量变化规律与之相反,当外加电位为–0.6 V时,其具有最低损失量,大约为0.00086 mm^(3)。相比CrAlN单层涂层,CrN/CrAlN多层涂层的腐蚀电流密度降低,损失量显著减小。结论CrN/CrAlN多层涂层具有致密的多界面结构,在海水环境中的耐腐蚀磨损性能更为优异。主要失效机制为磨粒磨损、塑性变形和腐蚀磨损。

关键词：多弧离子镀 CrN/CrAlN多层涂层腐蚀磨损性能海水环境

突扩整流孔板设计与多孔孔板尾迹发展的数值模拟

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动力工程学报 2024年第11期44卷 1804-1810页

作者：但汉攀薛临风丁骏汪旦军蓝吉兵郑健生杭州汽轮动力集团股份有限公司杭州310022 浙江燃创透平机械有限公司杭州311102

为了研究压气机试验台进气系统突扩流动孔板的整流效果,设计了4套不同布局的孔板。采用数值模拟方法研究了突扩流动核心区域(简称“中心区域”)开孔率和整个孔板孔分布对多孔孔板尾迹流和主流掺混过程的影响。结果表明:中心区域开孔率... 详细信息

为了研究压气机试验台进气系统突扩流动孔板的整流效果,设计了4套不同布局的孔板。采用数值模拟方法研究了突扩流动核心区域(简称“中心区域”)开孔率和整个孔板孔分布对多孔孔板尾迹流和主流掺混过程的影响。结果表明:中心区域开孔率增大会使孔板四周区域分流不足,当中心区域开孔率增大到突扩上下游截面面积比的1.46倍时,中心区域分流流量占比达到其面积占比的1.88倍,稳压箱近壁面区域和角区尾迹涡合并增大,长度达到孔间距的17~24倍;为抑制近壁面区域和角区尾迹涡增大和变长,选取中心区域开孔率与突扩上下游截面面积比相当为宜;缩短中心区域孔后尾迹涡长度的最有效方法是缩小孔间距。

关键词：突扩流动多孔孔板整流尾迹涡