一、考虑动静干涉的多级透平叶栅大攻角流动特性的三维数值分析（论文文献综述）
邵梓一[1]（2021）在《压缩空气储能系统透平膨胀机内部流动及损失机制研究》文中指出压缩空气储能（Compressed Air Energy Storage,CAES）广泛应用于可再生能源电力系统中。透平膨胀机为C AES系统的核心部件,其将压缩空气的内能转换为机械能,从而带动发电机做功输出电能。与电厂重型燃气轮机、蒸汽轮机以及航空发动机高压/低压涡轮的工况不同,CAES系统透平具有入口温度较低、膨胀比较高以及变工况运行频率高等特点。然而目前针对储能系统透平膨胀机内部的流动特性及损失机理的深入研究十分缺乏,特别在变膨胀比、变转速等非设计工况,制约了透平的气动优化与储能系统运行效率的提升。为此,本文以某CAES系统轴流式透平和闭式向心透平为研究对象,采用数值计算对主流通道的涡系迁移规律以及二次通道的泄漏特性、掺混损失进行深入分析;在数值分析的基础上,开展闭式向心透平变工况实验,测量集气室、轮盖空腔以及叶轮出口的气动参数,探讨变工况运行的内部流场特征。上述研究进一步阐释了CAES系统透平膨胀机内部流场演化以及损失机制,提出了新的损失分析方法、结构优化以及高效运行方案。作为轴流式透平内部最主要的泄漏区域,动叶叶顶间隙对CAES透平的性能影响还缺乏深入讨论,因此首先开展轴流式透平动叶叶顶间隙流型及泄漏损失的数值研究。分离泡为典型的叶顶间隙二次流结构,其再附发生于叶顶静压增长至与端壁静压相等的位置,然而其并没有引起额外的间隙损失。间隙损失主要是由于泄漏流与主流掺混导致,采用Yaras和Sjolander以及Denton模型计算的间隙损失误差在5%以内,用于评价储能系统轴流式透平的叶顶间隙损失准确度较高。CAES系统在高膨胀比、小流量工况采用的是闭式向心透平,变工况运行时闭式叶轮内的二次流结构以及轮盖空腔泄漏损失机制仍不清楚。基于数值结果详细分析闭式向心透平内部二次涡系分布及其损失机制。闭式叶轮内的横向二次流在吸力面端壁产生了较高的耗散,由此造成的端壁损失占总损失的1/3以上。轮盖空腔泄漏涡位于闭式向心透平的出口管,除了造成较高的能量损失与熵产外,也显着降低了出口截面的流场均匀性。因此建议在数值计算中,闭式向心透平的出口管长度应大于一个动叶轴向弦长,以避免轮盖空腔泄漏影响出口流场的稳定性。为进一步认识透平内部复杂流场,提出基于基本物理量的协同分析方法,从物理量协同的角度阐明透平内部泄漏和损失机制,给出CAES系统透平的优化方案。在透平内部泄漏的速度-压力梯度协同性分析中,协同角越高,表征内部流动阻力越大。基于速度-压力梯度协同角,提出一种计算轴流式透平间隙泄漏量的方法;为了有效降低闭式向心透平轮盖空腔泄漏,建议无量纲密封齿间隙应小于1.5%。在透平内部损失的速度-速度梯度协同性分析中,较低的协同角可以表征高损失区域,并且通过定量分析进一步指出协同角与损失系数间呈显着的负相关关系,为分析透平损失提供了新思路。目前尚未有CAES系统闭式向心透平的变工况实验报导,缺乏详尽的变工况性能实验数据与分析。为获取闭式向心透平实际运行的变工况性能,并验证上述数值研究结论,设计并开展透平变工况实验,对集气室、轮盖空腔以及叶轮出口的气动参数进行详细测量,首次给出闭式向心透平变工况性能分析的实验结果。在集气室内,气动参数存在较高的周向不均匀性:沿进气口顺时针方向90°和135°间,以及225°和270°间为局部高压区,局部流速较低。轮盖空腔泄漏量的测量结果与数值模拟的结论一致,其随叶轮转速增加而下降。仅在额定工况下,出口管沿展向高度的损失和气流角不均匀度最小;轮盖空腔泄漏使展向高度上半部的总压损失显着增加,使出口气流角呈降低趋势。本文开展了详细的CAES系统透平膨胀机内部流动与损失机制的数值与实验研究,所得结论揭示透平内部二次涡系分布、间隙泄漏特性及其损失机制,从物理量协同分析的角度提出新的间隙泄漏量模型、密封结构设计、损失评价方法及变工况高效运行方案,对CAES系统透平膨胀机的优化设计具有一定参考意义。
郭文宾[2]（2021）在《压缩空气储能系统离心压缩机变工况特性及调节规律研究》文中研究指明储能技术可以促进可再生能源大规模发展,有效解决我国能源环境问题。压缩空气储能系统具有存储容量大、寿命长、不受地理环境限制等优点,是一项极具发展前景的储能技术。压缩机是压缩空气储能系统的核心设备,其性能对整个系统效率和储能经济性有着决定性影响。不同于普通工业中通常在设计工况附近运行的压缩机,储能系统压缩机需具备在较宽流量、压比范围内高负荷高效率运行的能力。因此,提高压缩机高效变工况能力,为压缩机提供安全稳定的运行控制方案是发展压缩空气储能关键技术之一。本文选取大规模压缩空气储能系统中多轴式离心压缩机典型级为研究对象,采用可调进口导叶和可调扩压器这两种变工况调节技术,通过数值与实验相结合的方法对离心压缩机变工况特性开展了深入研究,并为储能系统压缩机运行找到了最佳调节策略。本文主要研究内容与结论如下:1.根据典型级离心叶轮设计参数,自编写一维设计程序,首先得到变几何部件叶片一维气动参数,然后基于神经网络和遗传优化算法完成叶片三维优化设计,最后完成调节机构设计,建立了一套变几何部件与离心叶轮高效匹配设计体系。2.基于压缩空气储能大功率多级间冷压缩机综合实验平台,设计并建成了整机性能测试及内部流场测量系统,得到离心压缩机在不同导叶开度和不同扩压器调节角度下的变工况特性曲线以及进口导叶出口、叶轮出口流场变化规律,揭示了离心压缩机在变工况调节时的一些重要流动现象。3.建立离心压缩机整机数值模型,通过全三维定常流动数值计算方法,对不同导叶开度和不同扩压器调节角度下的离心压缩机整机性能变化规律与内部流场分布规律做了全面的研究与分析,揭示了离心压缩机在变工况调节时的能量损失机理。4.针对压缩空气储能系统压缩机高效变工况的运行特点,为解决进口导叶与扩压器联合调节过程中,调节角度变化的多维空间变量寻优问题,采用Kriging插值模型与Nelder-Mead优化算法,获得了离心压缩机高效变工况调节策略。与不调节时相比,离心压缩机稳定压比运行范围扩大了 232.5%,最高运行效率提高了 1.2%,平均效率提高了 2.8%。
董爱华[3]（2021）在《重型燃气涡轮高温动叶冷却结构换热机理的数值研究》文中指出重型燃气轮机汇集了人类社会工程技术领域最先进科技成果,其研制水平展现了一个国家的工业生产能力,它在能源的高效、洁净和安全利用中起至关重要的作用。而重燃的高温动叶不仅要承受超过本身制造材料许用温度的高温,而且在运行中始终处于高速转动状态,在较大的离心力、科氏力及其衍生的浮生力的作用下,工作环境在重燃叶片中最为恶劣。因此,高温动叶及其冷却结构的研究乃是重燃通流部件研制中的制高点技术。本文首先为高温动叶的研究作了下述准备工作。在哈工大经过工程考核的S2流面计算软件的基础上,开发了针对重燃多级气冷涡轮的一维设计软件、准三维设计软件和一维热流管网计算软件。针对重燃涡轮内外流动气热耦合一体化设计和数值模拟,采用具有试验数据的Mark II型叶片和带有多排气膜孔的C3X叶片作为计算模型,验证了本文采用的数值方法。应用一维和准三维设计软件消化和吸收了9FA的先进设计经验,自主设计了F级中低热值燃料重燃涡轮的通流部分,并与9FA的通流特性作了对比。结果表明,两者三级涡轮各级承担的焓降均为逐级降低的,第二级降低的梯度较小,这样分配涡轮通流部分的焓降,既能提高上游级的承载能力,又能减少通流部分的余速损失。由于中低热值涡轮在通流设计中,采用了子午收敛和可控涡相结合的设计方法,叶栅轴向间隙中沿叶高的气动参数分布比较均匀,上游叶栅为下游叶栅提供了良好的进口流场,同时也降低了径向掺混损失。但是,由于中低热值涡轮初温较低,冷气流量较大,通流效率比9FA涡轮低1.0%。此外,使用一维热流管网计算软件,快速预测了MarkⅡ叶栅原型圆管内冷通道改型为突扩突缩“竹节”通道以及高温动叶高速旋转对内部冷却的影响,发现加强内部冷却壁面对冷气的扰动会强化冷气与叶片壁面的换热效应,这为高温动叶内部冷却结构的改型设计打下了理论基础。以9FA涡轮动叶为母型,在缺乏原始几何数据的条件下,经过反复理论推敲和气热耦合数值模拟,探索9FA涡轮的先进设计经验,基于我国燃料供应特点,设计出高温动叶和其内部冷却结构的初始方案。此后借助气热耦合数值模拟,获取初始方案的流动特性和换热特性,理论分析该方案的可行性以及存在的问题。接着进行了三次改型设计,获得高温动叶的原型方案。在改型设计中主要调整了冷却通道拐角形式、挡板冲击孔尺寸、尾缘出流通道宽度、补气孔位置及角度等。对原型方案的数值分析表明,叶片的流动和换热特性良好,基本达到了预期的设计目标。最后,对原型方案作了进一步改型设计:改进冷却腔内的扰流肋形式,采用60°V型肋;在冷却通道Ⅵ、Ⅶ之间沿叶高增设三处贯通缝结构。对其进行数值计算,结果显示:叶片外表面温度有所下降,局部换热强化效果较好;冷气入口参数更趋合理;冷气质量流量增大,展向分布更为均匀;气膜喷射及覆盖能力增强。显然,预期的冷气流场改善与冷却效果得到了部分实现,改型叶片,即最终得到的冷却结构对于工程应用具有重要的参考价值。为了尽量降低叶片金属表面的温度,延长叶片的使用寿命,数值研究了在叶片表面涂覆热障涂层对叶片换热性能的影响。与无涂层的高温动叶相比较,有涂层叶片表面与气膜之间的温差减小,因而降低了通过叶片的热流密度,这导致叶片金属表面的温度分布更加均匀。除特殊的叶顶区之外,有涂层的叶片金属表面比无涂层的叶片表面温度低80K。一般内部冷却结构中都设置补气孔,本文在相同冷气流量的条件下,通过比较有无补气孔内部冷却结构的流动和换热性能,来认识补气孔的作用。对有无补气孔的高温动叶内部冷却结构的气热耦合数值模拟结果显示,无补气孔时,冷却效果明显高于有补气孔的内冷结构,可是由于冷气在内冷结构中的流程长而曲折,流阻大幅增高,需求的冷气进口压力已远超压气机供气的最高压力,因此无补气孔的内冷结构没有工程应用价值。而具有补气孔的内冷结构与无补气孔的比较,冷却效率较低,叶表温度和温度梯度较高,然而在叶表温度及其梯度不超标的情况下,要求的冷气进口压力在压气机的供气压力范围内。内冷结构后腔有无补气孔不仅叶表温度分布相当,而且冷气进口压力也几乎没有差别,后腔补气孔可以取消。鉴于高温动叶冷却效应实验研究存在困难,本文应用气热耦合计算方法进一步研究了高速旋转对冷却系统的影响,计算结果表明,冷气的湍流度显着升高,流阻与换热能力加强,叶表温度在静止状态达到设计要求,在旋转状态下也一定符合设计要求。数值结果证明了对于燃气涡轮高温动叶冷却结构,以静态试验替代动态试验的可行性。在亚声速风洞上,完成了F级中低热值燃料重燃涡轮高温动叶叶型的气动特性吹风试验。试验结果证明,高温动叶的叶型损失随冲角的变化曲线比较平坦,说明F级中低热值燃料重燃涡轮高温动叶选择的叶型具有良好的变冲角特性。
马建伟[4]（2020）在《超低负荷多级湿蒸汽透平非定常气动特性的数值研究》文中指出现有的多样化发电方式需要汽轮机机组灵活运行,这导致低压缸长期运行在低负荷工况,流场结构呈现非常复杂的三维流动,尤其是末级长叶片叶栅内的流动,会产生脱流、回流等现象,甚至进入鼓风状态运行,使得机组的经济性及安全性降低,因此研究低压缸小流量工况运行具有重要的工程意义。针对上述问题,本文以哈尔滨汽轮机厂有限责任公司提供的某典型汽轮机的几何参数,建立了低压缸多级叶栅分析计算模型,采用商业软件ANSYS-CFX进行数值计算,研究了极小流量工况条件下低压缸内部的流场结构,以及末级长叶片非定常气动与振动特性,为超临界和超超临界供热机组在深度调峰领域的发展奠定坚实的理论基础。首先对六级透平简化求解模型进定常计算,通过分析子午流场、S1流面流场、末级动叶表面流动情况、温度场分布和湿度分布等,考察了不同流量工况下低压缸湿蒸汽流动情况。结果表明,汽轮机低压缸在进入鼓风工况前的流动状态相对较好,当运行在极小流量工况下时,流场结构极其复杂,尤其是最末级叶栅内部的流动,相继出现了回流涡、分离涡、动静间隙涡。这些涡结构相互作用使得末级动叶表面的压力分布进行重构,经零压区向完全负压区发展。然后以六级透平定常计算结果为初场,采用CFX中的叶轮机械非定常计算方法TBR-TT进行非定常数值模拟,研究了该方法在超低负荷工况下多级湿蒸汽透平中模拟内部流场的可行性,并在多个进口流量工况下进行非定常数值模拟,研究了末级长叶片的非定常气动特性以及相应的流场旋涡结构作用机制。结果表明,该方法基于k-e湍流模型进行计算时,即使在小流量工况下,也能较快较好地收敛。汽轮机低压缸末级动叶所受的非定常流体激振力随着进口质量流量的减小出现先减小后增加的变化趋势,在小于2.83kg/s时出现了突增现象。研究发现,非定常激振力的这种变化规律主要受到末级动叶顶部区域非稳态流场结构的影响。最后,采用传统的非定常计算方法,基于SST湍流模型在建模通道数比为3:5:3:4的低压缸末两级简化计算模型中进行瞬态模拟。结果表明,在极小流量工况下,末级动叶表面静压监测信号中不仅包含末级静叶通过频率及其倍频,还在低频区域产生了不同幅值的尖峰和尖峰群。旋涡识别分析发现,叶根和叶中区域旋涡结构较为稳定,而叶尖区域由于间隙涡等因素在周向表现出明显的不均匀性,在鼓风工况点末级动叶叶顶区域出现沿周向传播的旋转不稳定现象。
于志强[5]（2020）在《透平动叶气膜冷却的实验与数值研究》文中研究说明随着燃气轮机综合性能的不断提升,透平动叶进口温度及落压比越来越高,恶劣的工作环境使透平动叶的冷却问题越来越受到关注。透平进口温度的提高以及落压比的增加,导致透平动叶热负荷增大,叶顶泄漏流和动叶叶根端壁二次流结构变得更加复杂,从而增加了透平动叶叶身、叶顶和叶根端壁的冷却难度。需要对冷却结构进行改善及重新设计以提高叶片冷却效果。提高气膜冷却效果是增加透平动叶综合冷却效果的有效途径。以平板为简化模型,通过实验研究了垂直横流对槽型扩张孔气膜冷却效果的影响。在垂直横流条件下,对比研究了不同形状的槽型截面孔的气膜冷却效果,提出垂直横流影响下具有较高气膜冷却效果的新孔型。当垂直横流存在时,气膜孔下游出现非对称反肾形涡系结构,气膜冷却效果低于大腔室供气方式。当吹风比BR≥1.5时,面平均气膜冷却效果的降低量超过了22%。中等吹风比时,顺流供气方式下带展向倾斜角的槽型扩张孔气膜冷却效果高于常规槽型扩张孔气膜冷却效果。这得益于展向倾斜孔在孔下游形成一对旋向相同强度相当的对涡,该涡系结构增加了冷气的附壁性能。通过实验对比研究了槽型扩张孔与扇形孔在透平动叶叶身上的气膜冷却效果,同时研究了气膜孔流向位置及密度比对压力面气膜冷却效果的影响。在压力面上,槽型扩张孔气膜冷却效果明显高于传统扇形孔。当气膜孔靠近前缘时,槽型扩张孔对气膜冷却效果提升作用最明显,面平均气膜冷却效果增加量可达0.2。气膜孔越远离前缘,当地壁面曲率越小,气膜冷却效果越高。相比于扇形孔,槽型扩张孔气膜冷却效果对气膜孔流向位置的敏感度较低,这得益于槽型扩张孔冷气出流较好的附壁性能。在叶片吸力面上,槽型扩张孔冷气射流附壁性能低于扇形孔,导致扇形孔气膜冷却效果高于槽型扩张孔。通过实验和数值计算研究了气膜孔位置、叶顶间隙、吹风比及进气攻角对吸力面凸肩叶顶气膜冷却效果的影响。实验研究表明,相比于气膜孔沿中弧线布置或靠近吸力面布置,气膜孔靠近压力面侧布置时具有更高气膜冷却效果。吹风比及叶顶间隙的变化改变了叶顶“再附线”位置。小吹风比下,靠近压力面的冷气射流流向压力面侧,当吹风比增加到BR=2.0时,靠近压力面的冷气射流对叶顶泄漏流具有较好的阻塞效果,“分离泡”被限制在气膜孔和压力面之间的区域,冷气射流流向吸力面侧。叶顶间隙的增加使得“再附线”不断向吸力面迁移,这增加了流向压力面的冷气量。根据实验结果提出了以“再附线”为基准的吸力面凸肩叶顶全覆盖气膜冷却的气膜孔布置方法,并进行了实验验证。数值计算结果表明,相比于负攻角进气,正攻角进气可以较大幅度的提高中弧线附近和吸力面侧附近气膜孔的气膜冷却效果。通过实验研究了转静间隙结构、气膜孔形状及布局方式对动叶叶根端壁气膜冷却效果的影响,并通过数值计算对流场进行了分析。研究发现,转静间隙冷气射流的气膜冷却范围是以“转静间隙出口下游边界”、“通道涡边界”以及“马蹄涡吸力面分支边界”组成的一个近似三角形的区域。相比于收缩间隙结构,带有+55°导流结构的转静间隙对动叶叶根端壁气膜冷却效果的提升作用更为明显。收缩间隙的加速效应突破了前缘滞止区对转静间隙冷气出流的限制,在紧邻转静间隙出口处气膜周向覆盖范围最宽。在动叶叶根端壁上,新型槽型扩张孔具有比传统扇形孔更高的气膜冷却效果。当吹风比BR=2.5时,相比于传统扇形孔,槽型扩张孔面平均气膜冷却效果的相对增加量超过了40%。槽型扩张孔的“扁长”特征使其气膜冷却效果对气膜孔布局方式的敏感度高于传统扇形孔。当靠近压力面前缘气膜孔方向角偏向压力面时,压力面角区气膜冷却效果被显着增加。根据实验结果提出了基于叶型及叶根端壁几何参数来提高动叶叶根端壁气膜冷却效果的气膜孔布置方法。转静间隙冷气泄漏流使“马鞍点”和“分离线”位置前移,导致分离线附近冷气射流的流动轨迹朝吸力面偏转。
张浩峰[6]（2019）在《汽轮机组通流部分结垢和小流量问题研究》文中提出随着火电机组普遍参与调峰,水蒸汽中的盐分在汽轮机高压缸提前沉积,汽轮机通流部分积垢问题加剧。同时,在深度调峰下,汽轮机在小流量工况运行,高压缸也面临着鼓风工况的危险。本文采用数值模拟方法,针对汽轮机高压通流部分的结垢工况和小流量工况,对不同工况下的级内流动和通流性能展开研究。首先,以某汽轮机高压缸反动级为对象建立单流通道模型,对级内的三维流动进行数值模拟,分析了设计工况下的级内流场和叶栅通道内二次流的涡系结构,以及涡流流动造成的损失机理,得到了流动参数沿周向和叶高方向的分布规律。结果表明,数值模拟的计算结果与设计参数吻合,计算结果可靠;叶片的叶型损失主要来自吸力面边界层,作为后加载叶型可限制级内二次流的发展;级内流场捕捉到了马蹄涡、通道涡、壁角涡和尾迹涡,马蹄涡的吸力侧和压力侧分支在向下游的发展过程中与通道涡融合,形成叶栅出口的高损失区。叶栅出口参数周向分布受尾迹区影响,尾迹区压力和温度高于主流,流速则低于主流,汽流角在汽流掺混的影响下在通道内呈正弦分布;参数的叶高分布受离心力和级内涡流影响,静叶出口压力、焓和气流角沿叶高增大,静叶出口速度沿叶高降低;动叶出口压力、相对速度和绝对气流角沿叶高增大。然后,针对汽轮机通流部分的结垢问题,设置叶片表面粗糙度和叶片附加厚度来模拟不同程度的污垢沉积情况,并在不同位置设置粗糙度,以研究不同位置结垢的影响。通过对结垢工况下叶栅的通流性能和级内流场进行分析,得到结垢造成的损失机理。结果表明,叶片表面粗糙使叶片的叶型损失增大,级效率随叶片表面粗糙度的增加而降低;对反动级而言,静叶表面粗糙与动叶表面粗糙对级效率下降的影响程度相近,静叶表面粗糙对级性能的影响大于动叶表面粗糙的影响;粗糙度的增加使端壁流动分离加剧,增加了二次流损失。叶片表面粗糙度使吸力面的边界层增厚,产生脱流,造成附加叶型损失。吸力面表面对粗糙度更加敏感,对级性能的影响大于压力表面粗糙。叶片增厚使级效率下降,流量降低。叶片增厚对级性能的影响小于粗糙度的影响。当叶片厚度和表面粗糙度同时增加时对级通流性能的影响最大。最后,在两级叶栅通道模型中,对高压级的小容积流量工况进行数值模拟。通过提高背压减小通流流量,对鼓风工况下的级内流场和性能进行分析。结果表明,小容积流量工况下,动叶前的顶部间隙出现涡流,其范围随着流量减少向动叶顶部区域扩大。上游流动对下游造成影响,容积流量的减少产生了负攻角,在叶片通道内产生分离流动。级内分离流动存在于整个叶高通道,堵塞主流流动。动叶通道内,分离流动从叶根前缘开始产生,自下而上向叶顶尾缘发展。静叶通道内,分离流动从叶顶开始产生,自上而下向叶根发展。50%设计流量下第二级焓降接近过渡工况的临界值,即将进入过渡工况,与理论计算的结果一致。汽轮机在40%设计流量下已经进入鼓风工况,若要提高该汽轮机的调峰能力,需要对现有叶片进行优化改型。鼓风工况下,高压缸排汽温度升高,最高温度出现在最末级动叶顶部,在20%设计流量下,排汽温度比设计工况提高了30K。
高杰,郑群,岳国强,董平,姜玉廷[7]（2018）在《燃气轮机变几何涡轮气动技术研究进展》文中进行了进一步梳理变几何涡轮技术是有效提高燃气轮机加减速特性和低工况性能的技术手段之一,但变几何涡轮设计难度大,其设计状态效率总是低于固定几何涡轮,并且可调静叶无论开大或关小,涡轮效率皆有明显降低,这部分抵消了涡轮变几何带来的燃气轮机循环收益.为了将涡轮变几何技术成功地应用于船舶等燃气轮机,开展高效变几何涡轮气动技术的研究自然具有非常现实的国防意义和重要的工程应用前景.本文主要从变几何涡轮特性、变几何涡轮端区流动机理及损失控制和变几何涡轮设计特点等方面对燃气轮机变几何涡轮气动技术的研究进展进行综述.还对变几何涡轮研究存在的问题进行了系统总结,并展望了变几何涡轮气动技术的未来研究重点和发展趋势.
陈帝云[8]（2018）在《高负荷局部进气涡轮流动特性与性能研究》文中指出作为国防和民用动力装置的核心部件之一,涡轮正不断朝着结构更紧凑、级数更少、重量更轻且效率更高的方向发展,这使得涡轮级负荷增大、内部处于跨声速流动状态,且局部进气结构型式使得高负荷涡轮进气扇区之后的各排动静叶工作在周向非均匀的来流条件,叶排内部流动情况更加复杂的同时,各级动叶也承受着更强烈的非定常气流激振力的作用。因而,系统研究局部进气条件下,高负荷涡轮优化设计方法,理清局部进气涡轮内部非定常流动损失特点和气流激振特性,在此基础上找出进一步改善高负荷局部进气涡轮性能的流动组织方法和构型方式,对于该类型涡轮应用领域的进一步发展有着重要意义。具有低耗气量、高负荷、低展弦比特点的涡轮,采取局部进气的结构型式可以增加涡轮叶片高度,以降低小流量条件下,叶片高度过小所带来的急剧增加的二次流损失和加工制造时的难度。另外,局部进汽的结构型式在采用喷嘴配汽的汽轮机调节级中也有应用,可以减小配汽时的节流损失,提升部分负荷条件下机组的效率。本文首先对局部进气涡轮进行了优化设计研究。利用MATLAB对现有软件模块进行二次开发,实现各模块之间的数据传递,建立了能够在全周进气单流道和局部进气环境下对双级局部进气涡轮进行分步优化设计的平台,并基于神经网络训练所得到的反映各阶段优化参数与涡轮气动性能之间映射关系的近似模型和粒子群-遗传混合算法的全局寻优,获得了双级局部进气涡轮各阶段的优化结果。通过OPT STEP1、OPT STEP2的优化,在考虑该类型涡轮反动度对局部进气构型后泄漏损失影响的前提下,对全周进气单流道条件下涡轮内各叶排间的冲角状态和气动参数进行重新优化组织,并对第一级动叶通过弯优化减少了上下通道涡相互干涉造成的高损失区域,使全周进气单流道条件下优化结果single-OPT2的总静效率较原型累计提升了 3.24%。随后对single-OPT2进行局部进气构型得到双级局部进气涡轮PA-OPT1,其总静效率较原型PA-ORI提升了 2.87%。在前两步优化结果的基础上,OPT STEP3进一步在局部进气环境下对r1动叶叶型进行优化,显着改善了局部进气条件下动叶排根部的流动状态,消除了在进入进气段影响区域时动叶排根部前缘吸力面的分离,同时使得沿周向窜流的净流量较PA-OPT1减小了10.30%。总体来看,优化后的双级局部进气涡轮PA-OPT2其总静效率较PA-OPT1提升了 0.85%,较原型PA-ORI累计提升了 3.72%。在此基础上,对不同结构型式局部进气涡轮非定常流动特性进行了数值研究。对于第二级静叶排也采用局部进气结构型式的case3方案,其第一级动叶排内,处于非进气段后所对应的动叶区域整体静压水平更高,与进气段后所对应的动叶区域的压差较case2小,由局部进气引起的周向窜流、掺混的程度低,其第一级动叶内的时均能量损失水平更低。同时,从前面级来流流体经由第二级局部进气静叶流道收集整合后,再进入第二级动叶内做功,使得case3第二级静叶排进气流道内部流场状态与第二级静叶排全周进气的case2方案相比,更接近全周进气casel时的“理想”状态,流体在第二级静叶排内的掺混损失更小,其后所对应的第二级动叶也更多地工作在接近全周进气来流条件下的高效状态。与case2相比,case3第一级时均总总效率、第二级时均总静效率以及两级总静效率分别提升了 3.14%、8.62%和4.13%。但对于case3,由于不能像case2那样利用第二级全周静叶排对来流进行充分掺混和均化,使得case3第二级动叶所受气流激振力的强度更强,其动叶所受最大交变应力值较case2上升了 32.58%。局部进气条件下,静叶时序位置改变对第二级动、静叶的损失均有显着影响,最佳时序位置方案PA3.0第二级静叶排的时均能量损失系数较最差时序位置方案PA0.0上升了 5.12%,而第二级动叶排的时均能量损失系数则下降了 7.49%。最佳时序位置方案PA3.0时均总静和总总效率分别较最差时序位置方案PA0.0上升了 1.35%和1.16%。随后,在小局部进气度条件下,设计了单/双向进气再入式涡轮,发现双向进气再入式涡轮整体结构更加紧凑,且可以获得相对较高的总体性能。进气扇区周向布置距离较小、再入扇区内静叶合理调整、选择合适的重复进气次数可以有效提升再入式涡轮总体性能。与双级局部进气涡轮相比,再入式涡轮在较宽的转速范围内依然维持较高的效率水平,且在低膨胀比条件下效率水平也更高。最后,对涡轮模拟试验参数的选取方法进行了阐述,介绍了局部进气涡轮试验台总体结构、试验件各部分设计方案、局部进气涡轮试验测量方案以及试验件关键部件的加工方案,为下一阶段局部进气涡轮试验研究工作奠定了基础。
李雪峰[9]（2017）在《导叶式离心泵透平工况下固液两相流动特性分析》文中研究指明液体余压能的高效回收利用对节能降耗,促进可持续发展具有重要意义。采用离心泵反转作液力透平工况运行,以达到液流余能转化为其他形式能量是行业内正积极探索,大力推广的方向。本文在自主设计的导叶式离心泵基础上,尝试以其反转运行工况为研究对象,采用大涡模拟与Mixture多相流模型相结合的数值计算方法,对液力透平运行在不同流量工况下,分别过流清水介质和含沙水介质的外特性和内流场特性展开研究。首先,采用标准k-ε两方程模型和Mixture多相流模型对清水介质和固液两相介质进行定常计算,得到了液力透平0.71.4QBEP（QBEP为最优效率流量）工况下的外特性曲线。分别对清水介质和含沙水介质在0.7 QBEP、1.0QBEP、1.3QBEP三种不同流量工况流道内压力、速度、涡量和流线等物理量和固相颗粒分布情况进行了对比分析。定常计算结果表明:在流量较小的情况下,固液两相介质下的压头高于清水时的压头,而当流量增大至1.0QBEP左右时,固液两相介质下的压头开始低于清水时的压头;固液两相介质下的效率始终明显低于清水介质,且最高点并未出现在清水介质下1.0QBEP处,而是向大流量处偏移。沿透平工况的液流方向,压力和速度均呈阶梯式递减规律分布,固液两相介质时流道内整体压降较清水介质大。小流量时,颗粒的存在对流场紊乱程度的影响较大,大流量时,颗粒存在对流场紊乱程度的影响较小。其次,采用大涡模拟和Mixture多相流模型分别对清水介质和含沙水介质进行了非定常计算,对0.7 QBEP、1.0QBEP、1.3QBEP三种流量工况下流道内压力脉动情况进行了对比分析,对1.0QBEP工况下动静叶栅流道内涡量分布的变化情况进行了追踪。非定常计算结果表明:动静叶栅交界面处和导叶内监测点压力脉动时域周期性受到叶轮内压力梯度的交替变化影响明显,且与叶片通过周期一致。各监测点的压力系数随着流量的增大而逐渐增大,脉动幅度随流量增大而逐渐减小。流道内越靠近干涉区域,压力脉动幅度越大,且脉动高频成分越多。不同工况压力脉动的主频均为叶片通过频率,谐频为叶频的倍数,其脉动幅值呈指数形式衰减。在小流量工况下,叶轮内部涡流诱导了明显的二次谐波,颗粒的存在增强了动静叶栅附近的高频压力脉动。大流量工况下,颗粒的存在削弱了动静叶栅附近的高频压力脉动。随着叶轮叶片逐渐接近导叶叶片出口,叶轮叶片背面生成大量涡旋,沿水流方向出现拉伸、合并等多种复杂演化形式后逐渐耗散。固液两相流体粘性更大,加速了流场中大尺度涡的破裂和小尺度涡的消亡。
张宏涛[10]（2015）在《汽封与平衡孔对透平级气动性能影响的数值研究》文中进行了进一步梳理提高透平机械运行效率一直是国内外同行努力追求的目标。大功率蒸汽透平高中压缸内的蒸汽工质具有高品质能量,他们在通过由静动叶列组成的一系列级时转换为有用功。由于流动过程的不可逆性,必然产生能量损失,包括叶型损失、二次流损失、掺混损失和泄漏损失等,统称为工质的功率损耗。对于高中压缸,统计数据表明,通过动静部件间隙工质泄漏造成的功率损耗占总功率损耗的51%。因此,在蒸汽透平研究领域,探索新型高性能汽封、平衡孔及其与相关密封装置的匹配设计,降低泄漏流量及其对主流的干扰,改善汽轮机通流部分的气动性能,是研究人员面临的主攻课题之一。迷宫汽封是目前汽轮机和燃气轮机广泛应用的传统密封装置。经过长期工程实践,专业人员对其结构特点和密封原理以及与平衡孔的匹配准则,都已深入掌握。本文拟通过数值模拟实际汽轮机高压级迷宫密封的成熟设计,一方面将相同条件下的泄漏量及相关参数轴向力和摩擦扭矩等作为比较基础,另一方面认识密封装置内部流场的流动特性以及与平衡孔和相关密封结构的匹配设计理念,为新型薄叶汽封在透平级中的应用研究提供思路。本文数值模拟采用CFX商业软件。考虑到汽封装置通过气体的流量低、通流面积大/小倍数高、流动参数变化剧烈和局部结构改变突然等特点,忽略倒圆等对流动影响不大的细微结构,采用结构化和非结构化网格相结合的方法,分区划分流动域的计算网格,建立了适于扑捉流场详细信息的计算模型。分别数值模拟了设置迷宫汽封和薄叶汽封的高压级隔板流场结构,对比分析了两种汽封的工作原理、封严效果和运行特性。迷宫汽封的流动过程由一系列串联的等于汽封齿数的逐步加深的节流过程组成,它借助转子的凸台与比齿顶间隙大得多的空腔,使汽流多次折转并形成复杂涡系,强化动能耗散为热能,从而增大对泄漏汽体的阻抗,降低泄漏量。但是,迷宫汽封是非接触式密封,齿顶与转子之间的间隙难于控制,特别是当汽轮机组启停机通过临界转数时,转子较大振动会提高间隙,致使泄漏损失增加。薄叶汽封内的流动由沿周向并列的等于薄叶数的节流过程组成,泄漏气体以层流状态通过相邻薄叶间隙,所受压差驱动力小于薄叶的粘性阻力,气体密度下降,流速变化不大。在相同条件下,薄叶汽封的泄漏量是迷宫汽封的1/3,同时降低了对转子的摩擦扭矩。特别是在密封效果相同的条件下,占有小得多的轴向尺寸,并且具有良好的自适应能力,能够自我调节加工安装误差,运行时靠气动力的作用上抬,与转子表面形成间隙,而且上抬量愈大,密封性愈好。即使与转子碰摩,也会磨损薄叶形成所需间隙,而不损伤转子。通过有无平衡孔和纯流道三个一级半高压透平计算方案的数值模拟和计算结果的对比分析,研究了迷宫汽封与平衡孔匹配设计准则。该一级半透平隔板和动叶叶冠采用转子带凸台的长短齿迷宫汽封,级内轴向间隙设置动叶轮缘凸起和隔板凹下的简单密封,并在动叶叶轮上匹配设置了平衡孔。数值结果表明,由于这种传统成熟迷宫汽封与平衡孔设计考虑了各泄漏部位前后压差与流动方向的匹配,使得动叶前后轴向间隙从主流吸入微量气体,后继静叶隔板汽封泄漏量稍大于平衡孔和级后轴向间隙漏汽量之和,不仅降低了级的泄漏损失,而且抑制了泄漏流动对主流的扰动。开发薄叶汽封与平衡孔及其它密封结构如何匹配设计,才能发挥薄叶汽封的密封先进性,首先数值模拟了使用薄叶汽封替换一级半透平中的隔板和叶冠迷宫汽封对级气动性能的影响。模拟结果发现,由于主流由动叶轮缘前间隙大量向轴向间隙泄漏,通过平衡孔的级泄漏量不但没有降低,反而强化了对动叶后主流的干扰。综合迷宫汽封和平衡孔匹配设计准则与本算例给予的启示,在叶轮轮缘前轴向间隙匹配设置了带台阶的高低齿五齿迷宫密封,并将后继静叶隔板薄叶汽封泄漏量调整到稍大于平衡孔与级后轴向间隙漏汽量之和。数值结果表明,经过匹配设计的薄叶汽封密封装置与迷宫汽封比较,级的泄漏量下降2.5倍,并且抑制了泄漏流动对主流的干扰,致使级等熵效率提高了近1%,轴向力下降7.6%。
二、考虑动静干涉的多级透平叶栅大攻角流动特性的三维数值分析（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、考虑动静干涉的多级透平叶栅大攻角流动特性的三维数值分析（论文提纲范文）
（1）压缩空气储能系统透平膨胀机内部流动及损失机制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号说明表 |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 透平内部流场及旋涡结构 |
| 1.2.1 稳态流场结构 |
| 1.2.2 非稳态流场结构 |
| 1.3 透平内部损失机制 |
| 1.3.1 级损失分析 |
| 1.3.2 物理量协同性分析 |
| 1.4 透平内部流动实验研究进展 |
| 1.4.1 轴流式透平 |
| 1.4.2 向心式透平 |
| 1.4.3 小结 |
| 1.5 透平内部流动数值研究进展 |
| 1.5.1 轴流式透平 |
| 1.5.2 向心式透平 |
| 1.5.3 小结 |
| 1.6 本文主要研究内容 |
| 第2章 透平数值计算方法 |
| 2.1 计算方法 |
| 2.1.1 控制方程 |
| 2.1.2 湍流模型 |
| 2.2 研究对象 |
| 2.2.1 轴流式透平 |
| 2.2.2 向心式透平 |
| 2.3 网格划分与计算设置 |
| 2.4 计算验证 |
| 2.4.1 网格无关性验证 |
| 2.4.2 数值验证 |
| 2.5 本章结论 |
| 第3章 透平内部流动及损失机制的数值研究 |
| 3.1 流动及损失分析方法 |
| 3.2 轴流式透平 |
| 3.2.1 动叶叶顶间隙流型 |
| 3.2.2 动叶叶顶间隙损失机制 |
| 3.3 向心式透平 |
| 3.3.1 闭式叶轮内部损失机制 |
| 3.3.2 闭式叶轮出口损失机制 |
| 3.4 本章结论 |
| 第4章 透平内部流动及损失机制的物理量协同分析 |
| 4.1 透平间隙泄漏的协同分析 |
| 4.1.1 速度-压力梯度协同关系 |
| 4.1.2 轴流式透平叶顶间隙泄漏 |
| 4.1.3 闭式向心透平轮盖空腔泄漏 |
| 4.2 透平损失机制的协同分析 |
| 4.2.1 速度-速度梯度协同关系 |
| 4.2.2 轴流式透平内部损失 |
| 4.2.3 向心式透平内部损失 |
| 4.3 本章结论 |
| 第5章 向心透平全工况实验研究 |
| 5.1 实验方法 |
| 5.1.1 膨胀机闭式循环实验台 |
| 5.1.2 数据采集仪器及系统 |
| 5.1.3 闭式向心透平样机 |
| 5.1.4 实验工况 |
| 5.2 实验结果 |
| 5.2.1 测量不确定度 |
| 5.2.2 集气室流场不均匀性 |
| 5.2.3 轮盖空腔泄漏特性 |
| 5.2.4 叶轮出口损失特性 |
| 5.3 本章结论 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 本文结论 |
| 6.2 本文创新点 |
| 6.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（2）压缩空气储能系统离心压缩机变工况特性及调节规律研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号说明表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 变工况调节方法 |
| 1.2.2 变几何部件设计 |
| 1.2.3 内部流动特性 |
| 1.3 本文的研究内容 |
| 第2章 变几何部件设计 |
| 2.1 研究对象 |
| 2.2 设计方法 |
| 2.2.1 一维设计 |
| 2.2.2 三维优化设计 |
| 2.3 设计结果 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 研究方法 |
| 3.1 数值方法 |
| 3.1.1 软件介绍 |
| 3.1.2 求解方法 |
| 3.1.3 网格划分 |
| 3.1.4 计算设置 |
| 3.1.5 方法验证 |
| 3.2 实验方法 |
| 3.2.1 实验平台 |
| 3.2.2 测试设备 |
| 3.2.3 测试方案 |
| 3.2.4 误差分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 变工况特性 |
| 4.1 整机性能 |
| 4.1.1 进口导叶调节 |
| 4.1.2 扩压器调节 |
| 4.2 内部流场 |
| 4.2.1 进口导叶调节 |
| 4.2.2 扩压器调节 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 变工况调节规律 |
| 5.1 单独调节 |
| 5.2 联合调节 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 本文创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录 离心压缩机整机变工况性能实验数据 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）重型燃气涡轮高温动叶冷却结构换热机理的数值研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 国内研究现状 |
| 1.2.1 气膜冷却研究 |
| 1.2.2 内部冷却结构研究 |
| 1.2.3 端壁冷却研究 |
| 1.2.4 热障涂层应用研究 |
| 1.2.5 耦合计算及优化设计研究 |
| 1.3 国外研究现状 |
| 1.3.1 壁面集成冷却方向 |
| 1.3.2 高效低损失冷却方向 |
| 1.3.3 复合冷却新技术方向 |
| 1.3.4 多学科优化设计冷却系统方向 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第2章 气动设计及冷却管网设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 一维流设计平台 |
| 2.2.1 气冷涡轮一维流动计算模型 |
| 2.2.2 9FA重燃涡轮一维流动计算结果 |
| 2.2.3 中低热值重燃涡轮一维流动计算结果 |
| 2.3 准三维设计平台及计算结果讨论 |
| 2.3.1 计算原理 |
| 2.3.2 总体参数比较 |
| 2.3.3 子午流线及各级反力度 |
| 2.3.4 叶栅间参数分布 |
| 2.4 一维热流管网计算 |
| 2.4.1 管网算法原理 |
| 2.4.2 建模方法 |
| 2.4.3 算法验证 |
| 2.4.4 计算结果讨论 |
| 2.5 动叶转动对冷却效应的影响 |
| 2.5.1 冷却结构分析 |
| 2.5.2 构建计算模型 |
| 2.5.3 建立边界条件 |
| 2.5.4 计算结果讨论 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 涡轮高温叶片气热耦合数值模拟方法研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 数值计算方法 |
| 3.2.1 控制方程 |
| 3.2.2 求解方法 |
| 3.2.3 湍流模型 |
| 3.2.4 转捩模型 |
| 3.3 带内部冷却结构叶片的气热耦合验证 |
| 3.3.1 计算模型和边界条件 |
| 3.3.2 计算结果和实验结果的对比 |
| 3.4 带多排气膜孔叶片气热耦合数值模拟 |
| 3.4.1 计算模型和边界条件 |
| 3.4.2 计算结果和实验结果对比 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 高温动叶冷却结构改型设计研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 几何特点分析 |
| 4.3 分区计算网格 |
| 4.4 初始与改进方案的数值模拟与讨论 |
| 4.4.1 初始方案 |
| 4.4.2 第一、二次改进方案 |
| 4.4.3 第三次改进方案 |
| 4.5 高温动叶冷却结构数值分析与进一步改进 |
| 4.5.1 引言 |
| 4.5.2 原型计算结果分析 |
| 4.5.3 改型计算结果分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 热障涂层、补气孔和旋转对冷却效应的影响 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 热障涂层对冷却效应的影响 |
| 5.2.1 计算模型和计算方法 |
| 5.2.2 计算结果及讨论 |
| 5.3 补气孔对冷气流动和换热特性的影响 |
| 5.3.1 计算模型和计算方法 |
| 5.3.2 计算结果及讨论 |
| 5.4 旋转对动叶冷气流动与换热特性的影响 |
| 5.4.1 计算模型和边界条件 |
| 5.4.2 计算结果及讨论 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 高温动叶叶型气动特性的试验研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 试验装置 |
| 6.3 测量方法 |
| 6.3.1 测针结构特点 |
| 6.3.2 测针测量原理 |
| 6.3.3 校准风洞 |
| 6.3.4 校准曲线 |
| 6.4 试验模型 |
| 6.5 试验结果及讨论 |
| 6.5.1 型面静压系数分布 |
| 6.5.2 出口气流角 |
| 6.5.3 总压损失系数 |
| 6.5.4 气动特性参数汇总 |
| 6.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（4）超低负荷多级湿蒸汽透平非定常气动特性的数值研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景及意义 |
| 1.2 叶轮机械非定常计算方法研究 |
| 1.3 低负荷湿蒸汽流场特性研究现状 |
| 1.3.1 理论研究 |
| 1.3.2 实验研究 |
| 1.3.3 数值模拟研究 |
| 1.4 涡激振动研究现状 |
| 1.5 国内外文献综述简析 |
| 1.6 本文主要研究内容 |
| 第2章 数值计算方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 流体控制方程 |
| 2.3 数值计算的湍流模型 |
| 2.3.1 标准k-?湍流模型 |
| 2.3.2 标准k-ω湍流模型 |
| 2.3.3 SST湍流模型 |
| 2.4 交界面设置 |
| 2.4.1 混合平面交界面 |
| 2.4.2 冻结转子法 |
| 2.4.3 瞬态转子定子交界面 |
| 2.5 多级非定常计算方法介绍及初步验证 |
| 2.5.1 TBR瞬态模型介绍 |
| 2.5.2 计算方法的敏感性验证 |
| 2.6 湍流模型的对比分析与选取 |
| 2.6.1 收敛性对比 |
| 2.6.2 非定常脉动载荷预测对比 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 汽轮机低压缸末六级叶片通道的定常计算 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 计算区域及网格划分 |
| 3.3 初始条件和边界条件 |
| 3.4 低压通流流场结构分析 |
| 3.4.1 鼓风工况的确定 |
| 3.4.2 通流区域子午流场及脱流高度的变化规律 |
| 3.4.3 各工况叶栅流场结构的刻画 |
| 3.4.4 温度场分析 |
| 3.4.5 湿度分布 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 低压通流部分六级流场非定常计算与分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 计算方法说明 |
| 4.3 计算收敛情况确认 |
| 4.4 汽轮机级内非定常流动特性分析 |
| 4.4.1 叶片非定常气动力特性分析 |
| 4.4.2 叶片载荷脉动特征分析 |
| 4.4.3 超低负荷低压末级动叶栅三维流动分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 低压通流部分两级流场非定常计算与分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 数值计算模型的建立及网格划分 |
| 5.3 末级转子叶片气流激振力及频谱分析 |
| 5.4 旋涡结构识别与分析 |
| 5.4.1 Q准则识别旋涡结构 |
| 5.4.2 二次流线 |
| 5.4.3 螺旋度法 |
| 5.5 S3流面湍动能分析 |
| 5.6 叶顶流动结构诱导不稳定原理分析 |
| 5.7 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（5）透平动叶气膜冷却的实验与数值研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号说明表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景及意义 |
| 1.2 透平动叶气膜冷却效果研究现状 |
| 1.2.1 气膜冷却效果定义及影响因素 |
| 1.2.2 气膜孔型研究现状 |
| 1.2.3 叶身气膜冷却效果研究现状 |
| 1.2.4 叶顶气膜冷却效果研究现状 |
| 1.2.5 动叶叶根端壁气膜冷却效果研究现状 |
| 1.3 现阶段气膜冷却效果的实验测量方法 |
| 1.4 本文的主要工作内容 |
| 第2章 平面叶栅实验台及实验测量方法介绍 |
| 2.1 实验测量方法介绍 |
| 2.1.1 压力敏感漆测量原理 |
| 2.1.2 压力敏感漆的标定 |
| 2.2 平面叶栅实验台介绍 |
| 2.2.1 平面叶栅实验段:叶身及叶顶气膜冷却效果测量 |
| 2.2.2 平面叶栅实验段:端壁气膜冷却效果测量 |
| 2.3 误差分析 |
| 2.3.1 气膜冷却效果不确定度分析 |
| 2.3.2 吹风比不确定度分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 槽型扩张孔叶身气膜冷却效果的实验研究 |
| 3.1 内部垂直横流条件下槽型扩张孔气膜冷却效果的实验研究 |
| 3.1.1 垂直横流供气与大腔室供气时槽型扩张孔气膜冷却效果对比 |
| 3.1.2 垂直横流条件下供气方向及孔型变化对气膜冷却效果的影响 |
| 3.2 压力面气膜冷却效果的实验研究 |
| 3.2.1 气膜孔形状对压力面气膜冷却效果的影响 |
| 3.2.2 气膜孔位置对压力面气膜冷却效果的影响 |
| 3.2.3 密度比对压力面气膜冷却效果的影响 |
| 3.3 吸力面气膜冷却效果的实验研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 吸力面凸肩叶顶气膜冷却效果的实验与数值研究 |
| 4.1 吸力面凸肩叶顶气膜冷却效果的实验研究 |
| 4.1.1 实验叶片几何结构及实验工况设置 |
| 4.1.2 吸力面凸肩叶顶气膜冷却实验测量结果 |
| 4.2 进气攻角对动叶叶顶气膜冷却效果影响的数值研究 |
| 4.2.1 叶顶几何结构及数值计算相关设置 |
| 4.2.2 不同攻角下叶顶泄漏流流动分析 |
| 4.2.3 进气攻角对叶顶气膜冷却效果的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 转静间隙及槽型扩张孔端壁冷却设计方法的实验研究 |
| 5.1 动叶叶根端壁冷却设计 |
| 5.1.1 端壁转静间隙冷却 |
| 5.1.2 端壁离散孔冷却 |
| 5.1.3 端壁转静间隙和离散孔综合冷却 |
| 5.2 转静间隙结构对端壁气膜冷却效果影响的实验研究 |
| 5.2.1 转静间隙泄漏量对端壁气膜冷却效果的影响 |
| 5.2.2 转静间隙结构对端壁气膜冷却效果的影响 |
| 5.3 离散孔形状及布局方式对端壁气膜冷却效果影响的实验研究 |
| 5.3.1 吹风比对端壁离散孔气膜冷却效果的影响 |
| 5.3.2 气膜孔形状对端壁气膜冷却效果的影响 |
| 5.3.3 气膜孔布局方式对端壁气膜冷却效果的影响 |
| 5.4 转静间隙+离散孔端壁气膜冷却效果的实验研究 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 叶身槽型扩张孔冷却性能的非定常数值研究 |
| 6.1 几何模型 |
| 6.2 数值计算相关设置 |
| 6.3 前缘冷气射流动叶表面绝热壁面温度分布的非定常特性 |
| 6.3.1 定常计算结果与非定常时均结果对比 |
| 6.3.2 非定常数值计算瞬时结果对比 |
| 6.4 吸力面冷气射流动叶表面绝热壁面温度分布的非定常特性 |
| 6.5 压力面冷气射流动叶表面绝热壁面温度分布的非定常特性 |
| 6.6 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 本文创新之处 |
| 7.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（6）汽轮机组通流部分结垢和小流量问题研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 国内外研究成果及发展动态 |
| 1.2.1 结垢问题研究现状 |
| 1.2.2 小流量运行研究现状 |
| 1.3 本文主要内容 |
| 第二章 汽轮机叶栅通道数值模拟方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 计算过程 |
| 2.3 控制方程 |
| 2.4 湍流计算方法 |
| 2.5 湍流模型 |
| 2.5.1 标准k-ε模型 |
| 2.5.2 RNGk-ε模型 |
| 2.5.3 标准k-ω湍流模型 |
| 2.5.4 SSTk-ω湍流模型 |
| 2.6 动静界面网格处理 |
| 2.7 网格划分 |
| 2.8 本章小结 |
| 第三章 汽轮机通流部分建模及分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 汽轮机通流叶栅几何模型及网格划分 |
| 3.2.1 几何模型 |
| 3.2.2 网格划分 |
| 3.3 计算模型和边界条件 |
| 3.4 计算结果分析 |
| 3.4.1 计算模型验证 |
| 3.4.2 级内流场 |
| 3.4.3 级内涡流结构分析 |
| 3.5 计算模型对比修正 |
| 3.5.1 参数周向分布 |
| 3.5.2 参数叶高分布 |
| 3.5.3 CFD计算与热力计算比较 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 汽轮机通流结垢数值模拟 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 叶片表面粗糙的影响 |
| 4.2.1 粗糙度模型 |
| 4.2.2 湍流模型与边界条件 |
| 4.2.3 不同粗糙度大小的影响 |
| 4.2.4 不同位置粗糙的影响 |
| 4.3 叶片加厚的影响 |
| 4.3.1 叶片厚度处理 |
| 4.3.2 厚度变化对级性能影响 |
| 4.3.3 厚度变化对级内流动影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 高压级小流量工况数值模拟 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 物理模型与计算方法 |
| 5.2.1 几何模型 |
| 5.2.2 计算模型与边界条件 |
| 5.3 设计工况模型验证分析 |
| 5.3.1 模型验证 |
| 5.3.2 设计工况计算结果分析 |
| 5.4 小流量工况 |
| 5.4.1 不同流量下子午面流场 |
| 5.4.2 不同叶高截面流场 |
| 5.4.3 鼓风工况分析 |
| 5.4.4 级内参数变化 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 硕士期间研究成果 |
（7）燃气轮机变几何涡轮气动技术研究进展（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 变几何涡轮特性 |
| 3 变几何涡轮端区流动机理及损失控制 |
| 3.1 可调静叶端区流场特性 |
| 3.2 静叶转动对变几何涡轮匹配特性的影响 |
| 3.3 变几何涡轮端区性能改进 |
| 4 变几何涡轮设计特点 |
| 5 变几何涡轮研究存在的问题 |
| 6 总结与展望 |
（8）高负荷局部进气涡轮流动特性与性能研究（论文提纲范文）
| 创新点摘要 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 高负荷超跨声速涡轮设计与流动特性研究 |
| 1.2.1 国外超跨声速涡轮研究现状 |
| 1.2.2 国内超跨声速涡轮研究现状 |
| 1.3 叶轮机械优化设计理论与方法研究 |
| 1.3.1 人工神经网络应用于叶轮机械优化设计 |
| 1.3.2 响应面方法应用于叶轮机械优化设计 |
| 1.3.3 Kriging模型应用于叶轮机械优化设计 |
| 1.3.4 伴随方法应用于叶轮机械优化设计 |
| 1.4 局部进气涡轮应用与研究现状 |
| 1.4.1 汽轮机调节级 |
| 1.4.2 鱼雷涡轮机涡轮部件 |
| 1.4.3 小推力液体火箭发动机涡轮泵涡轮部件 |
| 1.4.4 空气涡轮火箭发动机等组合循环动力装置涡轮部件 |
| 1.4.5 有机朗肯循环涡轮膨胀器 |
| 1.4.6 再入式涡轮 |
| 1.5 涡轮非定常流动特性研究 |
| 1.5.1 涡轮非定常研究现状 |
| 1.5.2 局部进气涡轮非定常流动研究 |
| 1.5.3 叶轮机械时序效应研究 |
| 1.6 本文主要研究内容 |
| 第2章 局部进气涡轮数值计算方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 三维数值计算方法 |
| 2.2.1 控制方程 |
| 2.2.2 湍流模型 |
| 2.2.3 网格划分及边界条件定义 |
| 2.2.4 网格无关性验证 |
| 2.3 数值计算方法校核 |
| 2.3.1 双级局部进气涡轮实验校核 |
| 2.3.2 跨声速涡轮叶型实验校核 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 局部进气涡轮优化设计研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 局部进气涡轮叶型优化平台设计与构建 |
| 3.2.1 局部进气涡轮优化设计对象 |
| 3.2.2 总体优化思路与优化方案 |
| 3.2.3 样本数据库建立 |
| 3.2.4 神经网络代理模型与智能寻优算法 |
| 3.2.5 优化平台构建与运行 |
| 3.3 局部进气涡轮叶型优化结果分析 |
| 3.3.1 总体优化结果 |
| 3.3.2 单流道级环境下优化结果 |
| 3.3.3 单流道级环境下第一级动叶弯优化结果 |
| 3.3.4 局部进气环境下第一级动叶叶型优化结果 |
| 3.3.5 局部进气涡轮最终优化结果与原型变工况性能 |
| 3.4 局部进气涡轮第二级静叶排进气流道数目优化调整 |
| 3.4.1 优化调整方案 |
| 3.4.2 各方案总体性能与内部流动特性 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 局部进气涡轮非定常流动特性研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 不同结构型式局部进气涡轮非定常特性 |
| 4.2.1 不同结构型式局部进气涡轮非定常计算方案和数据处理方法 |
| 4.2.2 总体性能和特性参数 |
| 4.2.3 内部非定常流动特性 |
| 4.2.4 叶表非定常压力分布 |
| 4.3 不同结构型式局部进气涡轮叶片气流激振特性 |
| 4.3.1 局部进气条件下叶片非定常受力分析 |
| 4.3.2 非定常气流激振力作用下叶片瞬态动力学分析 |
| 4.4 静叶排时序位置对不同进气条件下涡轮流场与性能影响 |
| 4.4.1 不同静叶排时序位置计算方案 |
| 4.4.2 静叶排时序位置对全周进气下涡轮流场与性能影响 |
| 4.4.3 静叶排时序位置对局部进气下涡轮流场与性能影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 再入式涡轮结构设计与内部流动特性研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 单/双向进气再入式涡轮总体性能与内部流动研究 |
| 5.2.1 研究对象 |
| 5.2.2 再入涡轮总体性能及内部整体流动特点 |
| 5.2.3 再入涡轮动叶排进出口不均匀性分析 |
| 5.2.4 处于不同周向位置动叶叶表静压分布及叶片扭矩输出特性 |
| 5.3 进气扇区调整对双向进气再入式涡轮流场与性能影响 |
| 5.3.1 两级扇区相对周向位置调整对流场和性能的影响 |
| 5.3.2 第二级扇区静叶安装角调整对流场和性能的影响 |
| 5.3.3 两次重复进气再入式涡轮总体性能与流动特性 |
| 5.4 再入式涡轮变工况特性 |
| 5.4.1 再入式涡轮变工况计算方案 |
| 5.4.2 变工况总体性能与内部流动状态 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 局部进气涡轮试验件结构与测试方案设计 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 试验件关键参数的确定 |
| 6.2.1 试验台总体结构 |
| 6.2.2 局部进气涡轮模拟试验参数的确定 |
| 6.3 试验件总体结构方案和关键部件选型 |
| 6.3.1 试验件各部分设计方案 |
| 6.3.2 转子轴向力估算和轴承选型 |
| 6.4 试验件流场与性能测量方案设计 |
| 6.5 试验件关键部件加工方案 |
| 6.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表论文及其他相关学术成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（9）导叶式离心泵透平工况下固液两相流动特性分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题名称及来源 |
| 1.2 课题研究背景及意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 泵作透平研究现状 |
| 1.3.2 水力机械动静干涉研究现状 |
| 1.3.3 水力机械固液两相流动研究现状 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 第2章 透平工况固液两相流动理论及数值计算方法 |
| 2.1 湍流数值模拟方法 |
| 2.1.1 标准k-ε 湍流模型 |
| 2.1.2 大涡模拟 |
| 2.2 多相流模型 |
| 2.2.1 混合相模型（Mixture） |
| 2.3 透平工况下计算模型及网格划分 |
| 2.3.1 计算模型 |
| 2.3.2 网格划分及无关性检验 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 导叶式离心泵透平工况下能量特性方程 |
| 3.1 透平工况下能量特性方程 |
| 3.1.1 透平工况下过流清水时能量特性方程 |
| 3.1.2 透平工况下过流含沙水时能量特性方程 |
| 3.2 计算初始条件与边界条件设定 |
| 3.2.1 初始条件设定 |
| 3.2.2 边界条件设定 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 导叶式离心泵透平工况下定常计算结果与分析 |
| 4.1 定常数值计算方法 |
| 4.1.1 相关计算设置 |
| 4.1.2 计算收敛性判定 |
| 4.2 清水与固液两相介质下外特性对比分析 |
| 4.3 清水与固液两相介质下定常计算内流场分析 |
| 4.3.1 不同流量工况下压力分布特性 |
| 4.3.2 不同流量工况下速度分布特性 |
| 4.3.3 不同流量工况下涡量分布特性 |
| 4.3.4 不同流量工况下流线分布特性 |
| 4.3.5 不同流量工况下固相颗粒分布特性 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 导叶式离心泵透平工况非定常计算结果与分析 |
| 5.1 不同流量工况下流道内压力脉动情况 |
| 5.1.1 不同流量工况下流道内压力脉动时域特性 |
| 5.1.2 不同流量工况下流道内压力脉动频域特性 |
| 5.2 不同介质时动静叶栅内涡量分布变化分析 |
| 5.2.1 清水介质时动静叶栅内涡量分布变化分析 |
| 5.2.2 固液两相介质时动静叶栅内涡量分布变化分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 研究总结 |
| 主要创新点 |
| 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录A 攻读学位期间公开发表的论文 |
（10）汽封与平衡孔对透平级气动性能影响的数值研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究意义 |
| 1.2 透平机械典型密封装置及其研究现状 |
| 1.2.1 迷宫式密封 |
| 1.2.2 薄叶式汽封 |
| 1.2.3 蜂窝汽封 |
| 1.2.4 刷式汽封 |
| 1.3 平衡孔及其应用研究 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第2章 数值模拟软件介绍 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 数值模拟软件CFX |
| 2.2.1 控制方程 |
| 2.2.2 计算方法 |
| 2.2.3 湍流模型 |
| 2.2.4 转捩模型 |
| 2.2.5 壁面函数 |
| 2.2.6 边界条件处理 |
| 2.2.7 前处理与后处理 |
| 2.3 计算方法数值验证 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 迷宫与薄叶汽封流场及泄漏特性数值分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 迷宫汽封的数值研究 |
| 3.2.1 迷宫汽封模型及数值模拟方法 |
| 3.2.2 流场分析 |
| 3.3 薄叶式汽封的数值模拟 |
| 3.3.1 薄叶汽封模型及计算方法 |
| 3.3.2 流场结构分析 |
| 3.3.3 泄漏流量与摩擦扭矩的变化 |
| 3.4 两种形式汽封结构与密封特性的对比分析 |
| 3.4.1 结构特点的对比 |
| 3.4.2 密封机理和封严性的对比 |
| 3.4.3 两种汽封内流动特性的对比 |
| 3.4.4 封严性影响因素的比较 |
| 3.4.5 对轴扭矩的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 迷宫式汽封及平衡孔在透平级中的应用研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 数值模拟模型及计算方案 |
| 4.2.1 几何模型 |
| 4.2.2 密封结构 |
| 4.2.3 网格划分 |
| 4.2.4 边界条件 |
| 4.2.5 计算方案 |
| 4.3 静叶隔板汽封齿附近的流动 |
| 4.4 动叶顶部间隙内的流动 |
| 4.5 平衡孔附近的流动 |
| 4.6 总体参数对比 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 薄叶汽封应用于透平级的匹配特性研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 计算模型及计算方法 |
| 5.2.1 几何模型及计算方案 |
| 5.2.2 密封结构 |
| 5.2.3 网格划分 |
| 5.2.4 边界条件及各区域连接界面 |
| 5.3 计算方案可行性分析 |
| 5.3.1 不同静叶隔板汽封对通流特性的影响 |
| 5.3.2 不同动叶叶顶汽封对通流特性的影响 |
| 5.4 薄叶汽封和平衡孔的匹配设计 |
| 5.4.1 在级内轴向间隙设置汽封 |
| 5.4.2 薄叶汽封透平级泄漏流动特性分析 |
| 5.4.3 主流流场性能分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
四、考虑动静干涉的多级透平叶栅大攻角流动特性的三维数值分析（论文参考文献）
- [1]压缩空气储能系统透平膨胀机内部流动及损失机制研究[D]. 邵梓一. 中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所), 2021(02)
- [2]压缩空气储能系统离心压缩机变工况特性及调节规律研究[D]. 郭文宾. 中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所), 2021(02)
- [3]重型燃气涡轮高温动叶冷却结构换热机理的数值研究[D]. 董爱华. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
- [4]超低负荷多级湿蒸汽透平非定常气动特性的数值研究[D]. 马建伟. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [5]透平动叶气膜冷却的实验与数值研究[D]. 于志强. 中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所), 2020(08)
- [6]汽轮机组通流部分结垢和小流量问题研究[D]. 张浩峰. 东南大学, 2019(01)
- [7]燃气轮机变几何涡轮气动技术研究进展[J]. 高杰,郑群,岳国强,董平,姜玉廷. 中国科学:技术科学, 2018(11)
- [8]高负荷局部进气涡轮流动特性与性能研究[D]. 陈帝云. 大连海事大学, 2018(05)
- [9]导叶式离心泵透平工况下固液两相流动特性分析[D]. 李雪峰. 兰州理工大学, 2017(02)
- [10]汽封与平衡孔对透平级气动性能影响的数值研究[D]. 张宏涛. 哈尔滨工业大学, 2015(02)