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水平轴海流能发电机械水动力性能的研究

水平轴海流能发电机械水动力性能的研究

作者：辛小鹏浙江大学

学位级别：硕士

水平轴海流机是海流能发电机械的一种重要形式,目前还处于初期的研究阶段。本文首先采用线涡流函数面元法预测了海流机翼剖面的水动力特性,并结合叶素动量法对海流机水动力进行了校核;然后采用三维粘性流场数值计算方法预测了海流机单... 详细信息

水平轴海流机是海流能发电机械的一种重要形式,目前还处于初期的研究阶段。本文首先采用线涡流函数面元法预测了海流机翼剖面的水动力特性,并结合叶素动量法对海流机水动力进行了校核;然后采用三维粘性流场数值计算方法预测了海流机单转子、串列布置双转子的水动力性能;研究了海底边界层速度分布、波浪对海流机水动力性能的影响;最后分析了海流机的空化性能。对计算结果分析发现：线涡流函数面元法可以有效预测海流机翼剖面的水动力特性,结合叶素动量法可以对海流机性能进行初步的校核;对单转子海流机性能的预测发现,LES模型和SA模型都能够较好地预测海流机在设计工况下的水动力性能;对于本文中所研究的串列布置的双转子海流机,间距对水动力特性的影响较大,而初始相位角对水动力特性的影响较小,要保证串列布置的双转子海流机的输出性能,其间距需达到30倍的叶轮直径以上;海底边界层会引起海流机水动力特性周期性的变化,其频率特性与转动频率一致;波浪也会引起海流机周水动力特性期性的变化,其频率主要受波浪频率的影响,同时也受到转动频率的影响;数值预测的海流机的初生空化数为0.84与实验初生空化数接近,而且空泡的形态也与实验结果一致。本文所发现的有关海流机水动力特性的规律,为海流机的优化设计和安全运行提供了新思路;采用三维粘性流场数值计算方法来预测海流机的性能,为海流机发电的进一步研究提供了参考。

关键词：水平轴海流机水动力性能大涡模拟滑移网格法双转子波浪海底边界层空化

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燃气轮机正向设计研究进展

机械工程学报 2022年第17期58卷 191-205页

作者：辛小鹏谭建荣刘振宇隋永枫丁骏浙江大学计算机辅助设计与图形学国家重点实验室杭州310027 杭州汽轮动力集团有限公司中央研究院杭州310015

燃气轮机是多学科耦合的复杂产品,被称作装备制造业皇冠上的明珠。正向设计是燃气轮机研发的核心关键技术。目前,全球只有美国通用电气、德国西门子、日本三菱等少数几个能源装备巨头建立了相对成熟的燃气轮机正向设计体系,但这些企业... 详细信息

燃气轮机是多学科耦合的复杂产品,被称作装备制造业皇冠上的明珠。正向设计是燃气轮机研发的核心关键技术。目前,全球只有美国通用电气、德国西门子、日本三菱等少数几个能源装备巨头建立了相对成熟的燃气轮机正向设计体系,但这些企业都将正向设计作为关键核心技术不对外公开。燃气轮机正向设计要面向市场节能环保低排放需求,具备高温、高压、高效率、高可靠性、全生命周期低成本、智能化运维等设计特征。分析了国际燃气轮机主流厂家最新的燃气轮机设计产品的特点,构建了燃气轮机正向设计架构矩阵图谱,从设计任务、设计技术、设计软件、设计规范、设计集成5个维度分析了燃气轮机正向设计体系的现状,总结和展望了燃气轮机正向设计技术发展方向。

关键词：燃气轮机正向设计设计技术设计规范设计软件设计集成数字孪生

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水平轴海流机空化流动模拟

机械工程学报 2011年第20期47卷 171-176页

作者：赵伟国张凌新辛小鹏邵雪明李伟浙江大学力学系杭州310027 浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州310027

海流机是海流能利用的一种新形式,其空化性能的好坏直接影响到海流发电机组的安全和稳定运行。基于两相混合流模型对一模型水平轴海流机空化流动进行研究,得到不同空化数下的空泡形态及其性能曲线。数值模拟结果表明,采用数值计算方法... 详细信息

海流机是海流能利用的一种新形式,其空化性能的好坏直接影响到海流发电机组的安全和稳定运行。基于两相混合流模型对一模型水平轴海流机空化流动进行研究,得到不同空化数下的空泡形态及其性能曲线。数值模拟结果表明,采用数值计算方法能够有效地预测海流机的空化现象,计算得到模型海流机的初生空化数,空泡形态与试验结果相类似;海流机空化通常发生在近叶尖吸力面上,并随空化数的降低沿叶片展向和弦向变长;空化数相对较高时,空化出现在叶片弦向中间区域,随空化数降低向叶片尾缘发展;空化初生时,海流机性能没有明显改变;只有当空化数降低到一定程度时,海流机推力升高,输出功率下降,海流机性能恶化,实际运行中应当避免在此工况下运行。

关键词：水平轴海流机空化数值模拟空化初生

基于NACA翼型的燃气轮机排气扩压器支撑保护罩气动外形优化研究

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机电工程 2019年第5期36卷 490-495页

作者：戴斌隋永枫辛小鹏蓝吉兵初鹏杭州汽轮动力集团有限公司中央研究院浙江杭州310016

针对某型号燃气轮机径向排气扩压器支撑保护罩气动特性问题,基于保护罩原气动型线,结合NACA翼型对其进行了优化,并设计了两种新的气动外形。采用稳态和瞬态数值模拟的方法研究了配有10%、50%、90%这3种不同支撑保护罩的排气扩压器径向... 详细信息

针对某型号燃气轮机径向排气扩压器支撑保护罩气动特性问题,基于保护罩原气动型线,结合NACA翼型对其进行了优化,并设计了两种新的气动外形。采用稳态和瞬态数值模拟的方法研究了配有10%、50%、90%这3种不同支撑保护罩的排气扩压器径向高度横截面的马赫数分布,支撑保护罩下游的总压损失系数,排气扩压器的静压分布、静压恢复系、通道涡、出口静熵以及透平末级静叶、动叶尾迹对排气扩压器静压恢复系数的影响。稳态研究结果表明:新设计的两种支撑保护罩气动外形延迟了保护罩表面气流分离,其下游总压损失系数降低,排气扩压器静压恢复系数有明显提升;瞬态研究结果表明:透平末级静叶和动叶尾迹对径向排气扩压器静压恢复系数影响较小。

关键词：排气扩压器支撑保护罩总压损失系数静压恢复系数

工业汽轮机低压排汽系统非定常气动性能和强度研究

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工业汽轮机 2013年第4期 1-10页

作者：隋永枫初鹏叶钟孔建强辛小鹏杭州工业透平研究院

凝汽式工业汽轮机排汽系统是连接末级动叶和凝汽器的重要部件，低压级组与排汽缸之间存在相互作用，不仅影响排汽缸的气动性能，还对低压级组的气动性能和强度造成一定的影响。本文应用计算流体动力学软件CFX将两级低压级组与排汽缸进... 详细信息

凝汽式工业汽轮机排汽系统是连接末级动叶和凝汽器的重要部件，低压级组与排汽缸之间存在相互作用，不仅影响排汽缸的气动性能，还对低压级组的气动性能和强度造成一定的影响。本文应用计算流体动力学软件CFX将两级低压级组与排汽缸进行定常、非定常联合数值计算，并将计算结果与相关设计准则进行了比较，具有较好的同比特性。同时着重研究了非轴向对称排汽缸与低压级组间的相互作用情况，给出了末级动叶所受力和力矩随时间的变化情况，进一步给出了气流弯应力随时间的变化曲线以及低压级组效率随时间的变化曲线。应用流固耦合方法给出了末级动叶在某一时刻的应力分布，通过FFT变换得到末级动叶片所受气流弯应力的频幅图，分析了影响末级叶片安全性的因素。最后，在集成优化软件SiPES-OPT平台下，应用蚁群算法对低压缸进行了优化，取得了较好的结果。

关键词：低压级组排汽系统非定常流动流固耦合蚁群算法

工业汽轮机低压排汽系统非定常气动性能和强度研究

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工业汽轮机低压排汽系统非定常气动性能和强度研究

中国动力工程学会透平专业委员会2013年学术研讨会

作者：隋永枫初鹏叶钟孔建强辛小鹏杭州汽轮机股份有限公司工业透平研究院浙江省工业汽轮机转子动力学研究重点实验室

凝汽式工业汽轮机排汽系统是连接末级动叶和凝汽器的重要部件,低压级组与排汽缸之间存在相互作用,不仅影响排汽缸的气动性能,还对低压级组的气动性能和强度造成一定的影响。本文应用计算流体动力学软件CFX将两级低压级组与排汽缸进行定... 详细信息

凝汽式工业汽轮机排汽系统是连接末级动叶和凝汽器的重要部件,低压级组与排汽缸之间存在相互作用,不仅影响排汽缸的气动性能,还对低压级组的气动性能和强度造成一定的影响。本文应用计算流体动力学软件CFX将两级低压级组与排汽缸进行定常、非定常联合数值计算,并将计算结果与相关设计准则进行了比较,具有较好的同比特性。同时着重研究了非轴向对称排汽缸与低压级组间的相互作用情况,给出了末级动叶所受力和力矩随时间的变化情况,进一步给出了气流弯应力随时间的变化曲线以及低压级组效率随时间的变化曲线。应用流固耦合方法给出了末级动叶在某一时刻的应力分布,通过FFT变换得到末级动叶片所受气流弯应力的频幅图,分析了影响末级叶片安全性的因素。最后,在集成优化软件SiPES.0PT平台下,应用蚁群算法对低压缸进行了优化,取得了较好的结果。

关键词：低压级组排汽系统非定常流动流固耦合蚁群算法

来源： cnki会议评论

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涡轮叶片外换热边界的CFD计算

涡轮叶片外换热边界的CFD计算

高参数高转速工业汽轮机复杂阻尼结构调节级动应力评估

第十届全国流体力学学术会议

作者：周灵敏辛小鹏蓝吉兵隋永枫杭州汽轮动力集团有限公司

在涡轮叶片冷却设计中,准确地预测叶片外换热系数和主流温度分布,有助于提高叶片寿命预估精度和指导叶片冷却结构设计。本文采用Texstan程序和CFX两种数值计算方法对文献经典叶片C3X叶片进行外换热计算,并与其试验数据进行对比,研究了... 详细信息

在涡轮叶片冷却设计中,准确地预测叶片外换热系数和主流温度分布,有助于提高叶片寿命预估精度和指导叶片冷却结构设计。本文采用Texstan程序和CFX两种数值计算方法对文献经典叶片C3X叶片进行外换热计算,并与其试验数据进行对比,研究了湍流模型、湍流尺度及耦合计算与非耦合计算对叶片外换热系数的影响,给出了合理的参数设置建议,同时对叶身不同位置气膜孔出流后的外换热系数和气膜有效度进行了数值研究,拟合出相应的外换热系数和主流温度的修正公式,总结出一套适用于工程设计计算外换热边界的方法,后续可以通过试验数据进一步完善这些修正公式。

关键词：湍流模型湍流尺度外换热系数气膜有效度气膜修正

来源： cnki会议评论

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工业汽轮机 2013年第3期 1-7页

作者：蓝吉兵丁旭东陈金铨辛小鹏初鹏杭州工业透平研究院

高参数高转速工业汽轮机调节级工作在高温高压环境下，同时由于调节级存在部分进汽结构，调节级动叶同时受到高频激振力和低频冲击载荷的作用，其受力状况非常复杂，工作环境异常恶劣，因而除了需要对调节级叶片进行常规的强度和振动分... 详细信息

高参数高转速工业汽轮机调节级工作在高温高压环境下，同时由于调节级存在部分进汽结构，调节级动叶同时受到高频激振力和低频冲击载荷的作用，其受力状况非常复杂，工作环境异常恶劣，因而除了需要对调节级叶片进行常规的强度和振动分析外，其动强度评估是调节级叶片设计的重要内容。然而，已有的方法对动应力的评估常常基于经验参数的选取，特别是汽流激振力和复杂阻尼结构的摩擦阻尼难以估计。针对以上问题，本文的工作主要从两方面开展：一、采用CFD方法进行非定常计算，获得作用于调节级动叶上的真实汽流激振力；二、在真实激振力作用下进行瞬态动力学分析，获得调节级动叶的动应力。通过本文的工作，建立了一套评估复杂阻尼结构叶片动强度的分析方法，完善了复杂阻尼结构叶片的设计体系。对一特定的高参数高转速调节级动叶动应力进行了评估，评估结果显示，该调节级叶片的动应力满足安全性要求。

关键词：高参数高转速调节级动应力

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侧向进汽对下游级组性能影响的数值研究

汽轮机技术 2012年第6期54卷 429-433页

作者：隋永枫辛小鹏丁晨陈金铨丁旭东孔建强初鹏杭州汽轮机股份有限公司工业透平研究院杭州310022

通过对某可调侧向进汽机组全三维流场计算分析发现:侧向进汽会导致下游级组扭矩和流量沿周向分布不均匀,在相同的进出口条件下,侧向进汽的影响级组通流能力明显减小,减少了11.9%,输出功率减少28.4%,效率降低18.8%;相同进出口流量条件下... 详细信息

通过对某可调侧向进汽机组全三维流场计算分析发现:侧向进汽会导致下游级组扭矩和流量沿周向分布不均匀,在相同的进出口条件下,侧向进汽的影响级组通流能力明显减小,减少了11.9%,输出功率减少28.4%,效率降低18.8%;相同进出口流量条件下,动叶局部最大扭矩为均匀进汽的1.55倍左右,对叶片强度提出了较高的要求,效率降低17.9%。对侧向进汽机组的设计要充分考虑周向不均匀特性对机组气动性能的影响和对强度考核的要求。为侧向进汽机组通流设计提供了一定参考和指导方向。

关键词：可调侧向进汽周向不均匀气动强度整圈叶片