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局部进气裂解油气向心涡轮气动设计与轴向力分析

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航空动力学报 2024年第3期39卷 127-138页

作者：王永杰徐国强于喜奎董苯思北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 中国航空工业集团有限公司沈阳飞机设计研究所沈阳110035

从涡轮结构形式的角度探究了油气涡轮轴向力平衡问题。建立了半开式、开式与闭式3种局部进气裂解油气向心涡轮,通过数值仿真对比分析了设计工况下3种油气涡轮的气动性能与轴向力,并归纳总结了非设计工况下总轴向力随压比的变化规律。仿... 详细信息

从涡轮结构形式的角度探究了油气涡轮轴向力平衡问题。建立了半开式、开式与闭式3种局部进气裂解油气向心涡轮,通过数值仿真对比分析了设计工况下3种油气涡轮的气动性能与轴向力,并归纳总结了非设计工况下总轴向力随压比的变化规律。仿真结果表明:半开式、开式与闭式油气涡轮的总体气动性能相近但轴向力表现有明显的差别。当涡轮压比发生变化时,开式油气涡轮轴向力稳定性最好,半开式油气涡轮轴向力稳定性最差,闭式油气涡轮轴向力始终是3种油气涡轮中最小的。由结果分析可知,当涡轮压比低于3时,应避免选用半开式油气涡轮,而涡轮压比变化较大时,则宜采用开式油气涡轮,此外,在采用闭式油气涡轮时需要轴承预留足够的轴向载荷裕度。

关键词：局部进气油气涡轮向心涡轮轴向力涡轮发电

基于流道优化的局部进气高速涡轮机气动噪声控制实验研究

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推进技术 2016年第2期37卷 266-272页

作者：赵辛午黄洪雁马瑞贤刘占生哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

动静叶干涉是涡轮机气动噪声的主要来源之一。针对局部进气高速涡轮机,为了抑制由动静叶干涉引起的单音辐射噪声,提出了增大喷嘴的几何出气角、喷嘴下俯、喷嘴单侧修型和增大动静叶间距的流道优化设计方法以控制涡轮机内的流动状况进而... 详细信息

动静叶干涉是涡轮机气动噪声的主要来源之一。针对局部进气高速涡轮机,为了抑制由动静叶干涉引起的单音辐射噪声,提出了增大喷嘴的几何出气角、喷嘴下俯、喷嘴单侧修型和增大动静叶间距的流道优化设计方法以控制涡轮机内的流动状况进而降低噪声辐射,并设计了涡轮机气动噪声测试实验台,测量并分析了优化措施的降噪效果。结果表明,涡轮机流道优化设计方法有效抑制了单音辐射噪声,使各个转子谐频处的离散噪声均得到降低,并在3125Hz处实现了最高达7d B的降噪量;在大部分的三分之一倍频程内,优化设计的涡轮机噪声幅值低于原始设计的涡轮机,最大降噪量为2.1d B。

关键词：涡轮噪声局部进气动静叶干涉流道优化单音噪声

高负荷局部进气涡轮内部流场不均匀性数值研究

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工程热物理学报 2016年第12期37卷 2549-2556页

作者：陈帝云钟兢军韩吉昂大连海事大学轮机工程学院大连116026

以高负荷局部进气涡轮为研究对象,对其进行了数值研究,并着重对该局部进气涡轮内部流场不均匀性进行了分析。结果表明:局部进气涡轮内部流场的流动情况十分复杂,局部进气堵塞段的存在,使其后面对应的动叶栅进出口速度矢量偏向周向,导致... 详细信息

以高负荷局部进气涡轮为研究对象,对其进行了数值研究,并着重对该局部进气涡轮内部流场不均匀性进行了分析。结果表明:局部进气涡轮内部流场的流动情况十分复杂,局部进气堵塞段的存在,使其后面对应的动叶栅进出口速度矢量偏向周向,导致该区域叶片流道内形成了大尺度的旋涡结构,降低了流道的通流能力,增大了该区域的损失水平;各级动叶进出口静压沿周向分布极不均匀,从第一级动叶入口至第二级动叶出口,静压周向不均匀性参数分别为:1.5593、1.0179、0.9163和0.1551,不均匀性沿轴向逐渐衰减;处于不同周向位置的叶片表面压力分布差异明显,直接影响了动叶的做功能力。

关键词：高负荷局部进气涡轮流场不均匀性数值研究

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局部进气向心透平的流场数值研究

局部进气向心透平的流场数值研究

作者：马海红哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

分布式发电因其节能、高效的优势已在电能市场中占据日益重要的地位。在国外一些发达国家，以微型燃气轮机为核心的冷热电联供系统已经获得了飞速发展。在中国，无论是日渐强大的国防军事还是不断提高的生活要求，均为微型燃气轮机技术... 详细信息

分布式发电因其节能、高效的优势已在电能市场中占据日益重要的地位。在国外一些发达国家，以微型燃气轮机为核心的冷热电联供系统已经获得了飞速发展。在中国，无论是日渐强大的国防军事还是不断提高的生活要求，均为微型燃气轮机技术的发展创造了很大的市场。而向心透平是微型燃气轮机的核心做功部件，其性能好坏直接决定了微型燃气轮机技术指标的高低。本文针对某冷热电三联供系统中的微型燃气轮机，展开了高膨胀比、小流量、高效率向心透平的气动设计。通过Fortran编程进行一维计算，在CFturbo中完成气动设计及三维造型，并利用CFX软件进行数值计算和验证分析。对设计得到的局部进气向心透平，改变其叶轮中动叶的相对周向位置进行性能分析，得到静叶与动叶的最优周向定位。文中研究了当蜗壳与导向器叶片进气扇区的相对位置不同、局部进气度e改变，及变工况下局部进气向心透平整体性能的变化，并深入分析了叶顶间隙对向心透平性能的影响。结果表明：设计得到的局部进气向心透平效率为77.29%，达到课题要求;在不同的动叶周向位置下，透平效率最大值比最小值高出了1.52个百分点。局部进气向心透平中，动叶周期性地流经进气、非进气扇区，叶轮入口存在明显的周向压力梯度，但出口的流场和压力则趋于均匀，且随着部分进气度的增大透平流量和输出功率也增加。顶部间隙泄漏流使得局部进气向心透平的流场结构变得更加复杂，泄漏涡在各进气通道内经历了不同的形成和发展过程，当间隙高度增大时，透平的功率和效率线性下降。随着膨胀比的增大，透平的流量和输出功率线性增大，效率在最佳膨胀比时达到极大值，且当转速增大时，最佳膨胀比向较高值移动;在设计转速下，透平效率在整个膨胀比研究范围内都能够保持在70%以上。

关键词：向心透平气动设计局部进气数值模拟顶部间隙

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局部进气冲击式压力级涡轮设计优化研究

火箭推进 2018年第4期44卷 16-22页

作者：李瑜朱东华许开富付瑜西安航天动力研究所陕西西安710100

依据液体火箭发动机涡轮泵原理,建立了两级局部进气冲击式压力级涡轮的设计方法。该方法可以根据涡轮进出口边界条件、转速和结构尺寸等参数,完成涡轮的一维设计,并输出叶型的几何数据和流动性能参数,再结合三维数值模拟进行验证。按照... 详细信息

依据液体火箭发动机涡轮泵原理,建立了两级局部进气冲击式压力级涡轮的设计方法。该方法可以根据涡轮进出口边界条件、转速和结构尺寸等参数,完成涡轮的一维设计,并输出叶型的几何数据和流动性能参数,再结合三维数值模拟进行验证。按照涡轮总体设计要求,完成了某小流量高压比涡轮的原始设计,根据三维数值模拟的结果,对原始设计的涡轮叶型进行了优化,涡轮效率提高了2%。在全周结构上进行了三维数值模拟验证,优化后的两级局部进气冲击式压力级涡轮满足涡轮总体设计要求。

关键词：局部进气冲击式压力级涡轮优化

局部进气ATR涡轮性能影响因素数值模拟研究

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航空计算技术 2016年第2期46卷 51-54,58页

作者：魏庆胜黄秀全杨振磊西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129

为研究局部进气条件下ATR涡轮内的流动特性,对局部进气涡轮进行定常和非定常数值模拟。定常计算采用冻结转子方法,改变动叶与静叶的周向相对位置研究涡轮内流场特征;改变进气扇区布局、进口参数和局部进气度,研究其对涡轮性能的影响。... 详细信息

为研究局部进气条件下ATR涡轮内的流动特性,对局部进气涡轮进行定常和非定常数值模拟。定常计算采用冻结转子方法,改变动叶与静叶的周向相对位置研究涡轮内流场特征;改变进气扇区布局、进口参数和局部进气度,研究其对涡轮性能的影响。研究结果表明,对于给定局部进气度,进气扇区整体布局时,涡轮性能的优越性最大;在局部进气ATR涡轮的设计中,需要综合考虑流量、效率和功率3个因素来决定局部进气度。不同位置定常流动结果的平均值与非定常流动的时均值存在差异,非定常计算更好地展示了静叶尾迹和流动积累效应的影响,因而更加可靠。

关键词：涡轮局部进气数值模拟涡轮特性非定常流动

跨介质发动机超大膨胀比涡轮气动设计及非定常流动机理研究

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跨介质发动机超大膨胀比涡轮气动设计及非定常流动机理研究

作者：武思宇哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

动力系统作为跨介质航行器的“心脏”,能够满足跨介质航行器在不同介质条件下高效可靠航行并承担多样化的任务。涡轮又是跨介质航行器动力系统中最为重要的部件,需要同时兼顾空中、水下两种工作模态,是跨介质航行器动力系统设计需要考... 详细信息

动力系统作为跨介质航行器的“心脏”,能够满足跨介质航行器在不同介质条件下高效可靠航行并承担多样化的任务。涡轮又是跨介质航行器动力系统中最为重要的部件,需要同时兼顾空中、水下两种工作模态,是跨介质航行器动力系统设计需要考虑的关键技术之一。因此,有必要对跨介质航行器发动机的主要工作部件涡轮展开详细设计,并对其内部非定常流动机理展开研究。首先,本文针对跨介质发动机涡轮在空中、水下两种模态时由于转速、工质热物性、流量以及流动边界条件等均出现较大差异的情况,提出一种空中、水下两种模态使用同一套涡轮转子的跨介质涡轮设计方法。设计流程以空中飞行模态涡轮设计点为主,兼顾水下运行模态涡轮设计点,将空中、水下两种模态下涡轮效率、转子应力要求、局部进气率作为判定条件循环迭代,直至满足设计要求。使用非定常计算流体力学方法对空中、水下两种模态下的涡轮性能进行分析,对不同时序位置下流道内部流动特征、流动损失来源、动叶载荷分布等进行研究;通过调整涡轮转速和膨胀比,对两种模态下涡轮变工况流动特性进行研究。其次,针对跨介质发动机涡轮喷管斜切出口处出现的强三维、非定常、不均匀流动特征,通过调整喷管几何构型及排列方式对超大膨胀比涡轮进行优化。喷管椭圆斜切出口最大高度低于动叶进口高度,喷管椭圆出口绕椭圆中心存在旋转裕度,对喷管不同俯仰角下的涡轮模型进行计算,探究了不同喷管俯仰角下的涡轮流动特性;喷管椭圆出口长边出口侧流动边界层分离严重,将相邻两喷管出口融合布置,利用下游喷管短边出口侧流体对上游喷管出口侧尾迹整流,对不同喷管重合度下涡轮模型进行了计算,探究了不同喷管重合度下的涡轮流动特性;建立矩形截面喷管模型,对矩形截面喷管涡轮模型进行计算,对比分析了不同截面喷管涡轮模型的流动特性;喷管出口与动叶存在轴向间隙,喷管喷出的高速流体在间隙内沿周向及径向产生流动耗散,建立了不同轴向间隙下的涡轮模型并进行计算,探究了不同轴向间隙影响下的涡轮流动特性。最后,针对跨介质发动机涡轮非进气区域出现的鼓风效应,建立了涡轮排气壳几何模型,探究耦合排气壳对超大膨胀比涡轮非定常流动的干扰特性。对不同排气挡板覆盖度下的涡轮模型进行非定常计算,对时均结果下动叶流道进出口压力分布均匀性进行分析,并对非定常情况下涡轮非进气区域流道进出口压力波动引发的鼓风作用对涡轮整体性能的影响进行探究;建立不同排气挡板与动叶出口轴向间隙的计算模型,对间隙内气体周向运动引起的非进气区域动叶流道内部气体的轴向运动影响程度进行了分析。本文提出的跨介质发动机超大膨胀比涡轮设计方法及涡轮内部非定常流动特性研究,可为跨介质动力系统设计和超大膨胀比局部进气涡轮设计提供一定参考。

关键词：跨介质发动机超大膨胀比涡轮局部进气气动设计非定常流动

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高负荷涡轮机流动特性及变工况性能数值研究

汽轮机技术 2015年第2期57卷 81-85页

作者：边昕张睿刚李涛姜良黄洪雁哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001 华能集团西安热工研究院有限公司西安710032 上海理工大学能源与动力工程学院上海200093

为了研究某高负荷涡轮机流动特点及变工况工作特性,采用商业软件对涡轮机整级进行了数值计算,研究了涡轮机内部流场的流动特点,分析了变工况时的效率及功率变化趋势。研究结果表明,喷嘴内流动达到超音速,并有斜激波产生,动叶流道内有激... 详细信息

为了研究某高负荷涡轮机流动特点及变工况工作特性,采用商业软件对涡轮机整级进行了数值计算,研究了涡轮机内部流场的流动特点,分析了变工况时的效率及功率变化趋势。研究结果表明,喷嘴内流动达到超音速,并有斜激波产生,动叶流道内有激波产生,造成附面层分离,产生较大的损失。同时,由于局部进气的原因,动叶叶栅内气流参数分布很不均匀,不同叶片的气动力矩相差很大。非设计工况下,落压比和转速的变化会引起涡轮机效率的显著下降。

关键词：涡轮机变工况数值仿真局部进气

调节级局部进汽对下游动叶气动负荷影响的数值研究

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汽轮机技术 2010年第1期52卷 41-44页

作者：刘子亘曹世裕韩万金中国船舶重工集团第703研究所哈尔滨150036 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

基于舰船用主汽轮机多工况、变转速、变参数的特点,应用商业软件CFX对具有3组喷嘴的复速级叶栅进行全周数值模拟,着重分析了调节级局部进汽对下游动叶气动负荷的影响,数值模拟结果表明,各个喷嘴组边界壁面的存在对流动具有较大影响,同... 详细信息

基于舰船用主汽轮机多工况、变转速、变参数的特点,应用商业软件CFX对具有3组喷嘴的复速级叶栅进行全周数值模拟,着重分析了调节级局部进汽对下游动叶气动负荷的影响,数值模拟结果表明,各个喷嘴组边界壁面的存在对流动具有较大影响,同时喷嘴叶栅Ⅰ的叶片型线的不同导致边界畸变对流动的影响更敏感。动叶叶栅的压力分布特点表明了尾迹低速区和主流低压区是形成动叶流动参数不稳定的主要因素,从而形成了叶栅内特有的非定常流动现象。

关键词：局部进气调节级复速级船舰汽轮机