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倾斜/弯曲导叶对跨声速涡轮非定常性能的影响

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哈尔滨工业大学学报 2019年第1期51卷 94-101页

作者：刘建乔渭阳段文华西北工业大学动力与能源学院西安710072

为探究倾斜/弯曲导叶对涡轮气动性能及非定常性的影响,采用SAS SST方法求解N-S方程组,对不同倾斜/弯曲导叶构型的跨声速涡轮级进行全三维黏性非定常数值模拟.分析倾斜/弯曲导叶对涡轮级效率及效率波动的影响,以及对导叶和下游动叶总扰... 详细信息

为探究倾斜/弯曲导叶对涡轮气动性能及非定常性的影响,采用SAS SST方法求解N-S方程组,对不同倾斜/弯曲导叶构型的跨声速涡轮级进行全三维黏性非定常数值模拟.分析倾斜/弯曲导叶对涡轮级效率及效率波动的影响,以及对导叶和下游动叶总扰动强度、各阶谐频扰动强度的影响,结合时空图将扰动与流动现象进行关联,探究导叶构型影响涡轮非定常性的机理.结果表明:正倾斜和正弯曲导叶可以有效地提升涡轮级效率,并减小涡轮级效率波动水平,使得涡轮级运行更加平稳;跨声速涡轮转子叶片上主要气动扰动来源于导叶尾缘激波在下游转子叶片上移动及反射产生的压力扰动,倾斜/弯曲导叶可以有效降低转子叶片扰动强度;正倾斜导叶主要通过影响一阶谐频的扰动强度来降低转子叶根和叶尖的总扰动强度,但叶中区域扰动强度则通过降低二阶及更高阶谐频上的扰动实现;正弯曲导叶转子叶根位置的扰动强度降低主要通过三阶谐频扰动强度降低实现,叶尖区域扰动强度的降低主要通过一阶谐频扰动降低来实现,而叶中区域的扰动强度则通过各阶谐频上扰动强度共同降低实现.

关键词：跨声速涡轮倾斜导叶弯曲导叶气动性能非定常性数值模拟

高负荷跨声速涡轮转子叶顶激波系结构及其对热流分布影响的数值研究

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推进技术 2023年第9期44卷 66-74页

作者：高一鸣隋秀明李广超佟鑫赵巍赵庆军沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁沈阳110135 中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院轻型动力创新研究院北京100190 中国科学院大学航空宇航学院北京100049 中国科学院工程热物理研究所分布式冷热电联供系统北京市重点实验室北京100190

叶顶泄漏流动会增强叶顶换热,为防止高负荷跨声速转子叶顶烧蚀,本文采用数值方法研究了某高负荷跨声速转子叶顶激波系结构及其对叶顶热流分布的影响,为跨声速转子叶顶的冷却设计提供参考。结果表明:在叶顶间隙压力侧出现分离泡,高马赫... 详细信息

叶顶泄漏流动会增强叶顶换热,为防止高负荷跨声速转子叶顶烧蚀,本文采用数值方法研究了某高负荷跨声速转子叶顶激波系结构及其对叶顶热流分布的影响,为跨声速转子叶顶的冷却设计提供参考。结果表明:在叶顶间隙压力侧出现分离泡,高马赫数气流流经分离泡后的折转产生了较强斜激波,该斜激波干涉导致机匣边界层出现分离,分离泡上下游的两个折转产生了两条反射激波。受两条反射激波影响,叶顶边界层增厚导致叶顶出现两道紧密的低热流条带;沿着流动方向,分离泡下游激波强度逐渐增大导致机匣边界层分离程度加剧,边界层分离产生的前后折转程度随之增大,导致两条反射激波强度增大,引起叶顶条带热流进一步降低。当涡轮级膨胀比大于2.0时,受超音堵塞影响,亚声速区域的马赫数基本不受膨胀比变化的影响,叶顶热流分布也基本不变;在超声速区域,随着膨胀比的减小,叶顶间隙内斜激波先出现强度增大,再转为正激波的现象,以实现逐渐升高的静压升,叶顶条带热流随之出现先减小后增大的现象。当涡轮级膨胀比降低至1.5时,叶顶间隙内激波结构完全消失,叶顶受分离再附着影响,呈现出较高热流分布。

关键词：航空发动机跨声速涡轮涡轮叶顶激波结构传热特性变工况

吸力面不同吹风比切向冷气喷射对跨声速涡轮叶栅气动性能的影响

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推进技术 2019年第5期40卷 996-1004页

作者：王宇峰蔡乐刘勋周逊王仲奇哈尔滨工业大学发动机气体动力研究中心黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所黑龙江哈尔滨150078

为进一步探究跨声速涡轮中吸力面切向冷气喷射对叶栅气动性能及气膜冷却效果的影响,以跨声速涡轮叶栅作为研究对象,采用数值模拟方法,通过在叶片吸力面不同位置开设切向冷气喷射槽,进行不同吹风比下的冷气喷射,对跨声速气冷涡轮叶栅的... 详细信息

为进一步探究跨声速涡轮中吸力面切向冷气喷射对叶栅气动性能及气膜冷却效果的影响,以跨声速涡轮叶栅作为研究对象,采用数值模拟方法,通过在叶片吸力面不同位置开设切向冷气喷射槽,进行不同吹风比下的冷气喷射,对跨声速气冷涡轮叶栅的总体性能以及流场细节进行了详细研究。研究结果表明,吸力面切向冷气喷射有利于减小跨声速涡轮叶栅激波损失,叶栅最大马赫数可减小0.104;切向冷气喷射槽位于尾缘内伸激波反射点上游,且吹风比处于0.75～1.00内时,叶栅能量损失最小;吹风比的增大有利于减小甚至消除冷气槽内分离泡,并能够减小唇部激波强度。

关键词：跨声速涡轮气膜冷却切向冷气喷射能量损失

叶顶泄漏对跨声速涡轮气动性能和叶片激振特性的影响

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西安交通大学学报 2020年第11期54卷 10-18页

作者：黄宫格袁奇潘阳冀大伟西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 陕西省叶轮机械及动力装备工程实验室西安710049 上海电气电站设备有限公司汽轮机厂技术发展处上海200240

针对SNECMA公司的跨声速实验涡轮装置,建立了单流道无冠叶栅三维CFD计算模型,通过求解定常RANS方程,研究了4种叶顶区域结构(平板叶顶-标准机匣、凹槽叶顶-标准机匣、平板叶顶-台阶机匣和凹槽叶顶-台阶机匣)下,叶顶泄漏流及其与主流的掺... 详细信息

针对SNECMA公司的跨声速实验涡轮装置,建立了单流道无冠叶栅三维CFD计算模型,通过求解定常RANS方程,研究了4种叶顶区域结构(平板叶顶-标准机匣、凹槽叶顶-标准机匣、平板叶顶-台阶机匣和凹槽叶顶-台阶机匣)下,叶顶泄漏流及其与主流的掺混效应对涡轮气动性能和叶顶间隙激振力的影响。结果表明:叶顶间隙较大时,凹槽叶顶-标准机匣结构的等熵效率最大,采用台阶机匣结构会使等熵效率下降;叶片切向力随叶顶间隙的增加先增大后减小,其中平板叶顶-标准机匣结构的叶片切向力最大且变化相对平稳;叶顶泄漏流对99%叶高、约67%轴向弦长处吸力面的静压分布有显著影响,叶顶间隙增加会使该区域静压下降,导致叶片切向力增大;平板叶顶-标准机匣结构的穿越间隙较大,力敏感度系数较小,促进转子稳定运动的叶顶间隙区间较大,有利于转子的稳定运行。文中还分析了叶顶间隙激振力的产生机理及其特性,可为优化叶顶结构设计和减小叶顶间隙激振提供理论依据。

关键词：跨声速涡轮叶顶泄漏叶顶间隙气动性能激振力

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跨声速涡轮平面叶栅实验与激波控制研究

燃气涡轮试验与研究 2020年第2期33卷 14-19,52页

作者：牛佳宝原泽张建张海岳国强哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001

开展了跨声速涡轮平面叶栅吹风实验,采用纹影技术捕捉静叶尾缘的激波现象并测量了流道中总压和静压分布。基于CFX软件,采用与实验相同的边界条件对实验叶栅进行了数值模拟分析,获得了流场分布、激波损失分布、激波/尾迹和边界层干扰分... 详细信息

开展了跨声速涡轮平面叶栅吹风实验,采用纹影技术捕捉静叶尾缘的激波现象并测量了流道中总压和静压分布。基于CFX软件,采用与实验相同的边界条件对实验叶栅进行了数值模拟分析,获得了流场分布、激波损失分布、激波/尾迹和边界层干扰分布等。综合实验与数值模拟结果,分析了叶片表面静压分布特点、叶栅出口周向总压分布特点及叶栅能量损失系数与出口马赫数的关系,发现激波损失在气动损失中占有很大比重。为了削弱激波强度以降低激波损失,通过控制叶型,使压力面负荷向尾缘移动,由此使得叶栅总压恢复系数增大0.003 6,能量损失系数降低0.185 8,总体激波损失减弱。

关键词：航空发动机跨声速涡轮叶栅吹风实验激波损失负荷后移数值模拟

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跨声速轴流涡轮特性预估方法

中国舰船研究 2021年第2期16卷 182-187页

作者：杜玉锋高杰郑群马国骏哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001

[目的]在高亚声速和跨声速下,轴流涡轮静叶喉部出现跨声速气流,三维研究时间周期长且获取特性参数慢,为此,提出一套行之有效的涡轮特性预估方法体系。[方法]整合已有的损失模型及采用一维编程的方式预估涡轮特性,并通过三维数值模拟进... 详细信息

[目的]在高亚声速和跨声速下,轴流涡轮静叶喉部出现跨声速气流,三维研究时间周期长且获取特性参数慢,为此,提出一套行之有效的涡轮特性预估方法体系。[方法]整合已有的损失模型及采用一维编程的方式预估涡轮特性,并通过三维数值模拟进行验证。[结果]研究结果显示,一维特性评估得到的级等熵滞止温比与三维的相对误差为11.53%,级滞止膨胀比的相对误差为11.77%,反动度的相对误差为14.23%。基于此,准确判断了静叶是否存在跨声速现象,且单级涡轮采用动叶出口温度的绝热指数所获得的特性预估较为准确。[结论]在误差允许范围内,可实现跨声速的涡轮特性快速预估,减少计算量。

关键词：跨声速涡轮特性预估轴流涡轮绝热指数

跨声速缩放型流道涡轮平面叶栅流场的实验研究

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工程热物理学报 2013年第7期34卷 1229-1233页

作者：雒伟伟王会社赵晓路中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院轻型动力重点实验室北京100190

本文采用实验方法研究了跨声速缩放型流道涡轮平面叶栅在不同攻角、不同落压比时的进出口参数、叶表静压及端壁静压分布,并利用纹影显示技术记录了零攻角下不同落压比时流道内波系结构的变化过程。结果表明:此缩放型流道涡轮叶栅中攻角... 详细信息

本文采用实验方法研究了跨声速缩放型流道涡轮平面叶栅在不同攻角、不同落压比时的进出口参数、叶表静压及端壁静压分布,并利用纹影显示技术记录了零攻角下不同落压比时流道内波系结构的变化过程。结果表明:此缩放型流道涡轮叶栅中攻角仅对约30%轴向弦长之前的叶表静压有明显影响;随着落压比的增大,流道内的波系由正激波转变为斜激波,叶栅损失减小,并且波系逐渐向流道出口移动,吸力面压力突跃位置向叶片尾缘靠近。

关键词：跨声速涡轮缩放型流道激波平面叶栅实验研究

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S型收缩流道对涡轮通流能力影响的研究

推进技术 2022年第9期43卷 176-187页

作者：蒋筑宇范召林邱名赵姝帆中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所四川绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

为进一步提高航空发动机涡轮通流能力,以小型跨声速涡轮为原型,研究了静子S型收缩流道对涡轮通流能力的影响。将S型流道直线段长度和收缩段内外圆半径比作为流道造型参数,分别针对原型涡轮静子内外端壁进行调整造型,得到一系列不同参数... 详细信息

为进一步提高航空发动机涡轮通流能力,以小型跨声速涡轮为原型,研究了静子S型收缩流道对涡轮通流能力的影响。将S型流道直线段长度和收缩段内外圆半径比作为流道造型参数,分别针对原型涡轮静子内外端壁进行调整造型,得到一系列不同参数组合的S型内外端壁涡轮算例。保持膨胀比为设计值不变,利用CFD软件对原型和S型流道涡轮进行设计点模拟分析。结果表明,S型流道涡轮流量提升的原理在于增大的静子喉道面积。在相同造型参数下,S型外端壁涡轮的静子叶根损失被有效降低,流量提升明显,且流量高于S型内端壁涡轮1%左右,但由于最大外径增大使其质量通量提升效果减弱;与之相反,S型内端壁涡轮的质量通量提升明显,且高于S型外端壁涡轮3%左右。从提升涡轮质量通量并保证效率不低于原型的角度看,S型外端壁造型参数选取范围更广。

关键词：跨声速涡轮通流能力静子 S型流道内外端壁效率

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涡轮中的激波/叶排相互作用

工程热物理学报 2002年第2期23卷 163-166页

作者：季路成黄海波陈江徐建中中国科学院工程热物理研究所北京100080 北京全三维动力公司北京100080

本文对涡轮中激波／叶排干扰进行了初步研究。结果表明，关于激波／叶排干扰的认识是无导叶对转涡轮研制的重要理论基础。此外，激波／叶排干扰是存在该现象的涡轮所受高周交变力的主要原因，要解决这类涡轮的高周疲劳问题（ＨＣＦ）必... 详细信息

本文对涡轮中激波／叶排干扰进行了初步研究。结果表明，关于激波／叶排干扰的认识是无导叶对转涡轮研制的重要理论基础。此外，激波／叶排干扰是存在该现象的涡轮所受高周交变力的主要原因，要解决这类涡轮的高周疲劳问题（ＨＣＦ）必须深入研究激波／叶排干扰．

关键词：无导叶对转涡轮设计跨声速涡轮激波/叶排干扰疲劳高周交变力马赫数叶排转数叶轮机