【摘 要】
:
本文进行了一向心透平的热力与流动设计.作者发展了关键参数选择方法,编写了一维热力计算程序,进行了多方案比较并提出了基础优化方案.采用TASCflow系列软件进行了三维优化与分析,计算了叶片数对效率的影响并给出了最佳叶片数,并分析了相关流场.
【机 构】
:
中国科学院工程热物理研究所(北京)
【出 处】
:
中国工程热物理学会2004年热机气动热力学学术会议
论文部分内容阅读
本文进行了一向心透平的热力与流动设计.作者发展了关键参数选择方法,编写了一维热力计算程序,进行了多方案比较并提出了基础优化方案.采用TASCflow系列软件进行了三维优化与分析,计算了叶片数对效率的影响并给出了最佳叶片数,并分析了相关流场.
其他文献
叶排稠度或节弦比选取是叶轮机气动设计过程的重要环节,设计人员必须不厌其烦地根据需求及限制进行筛选.然而,实际制造安装工艺可能随时违背设计者的初衷.为避免实施耗费惊人的试验研究及缩短研制周期,数值模拟无疑是个好方法.要保证计算结果可靠,数值计算采用整周非定常流动模型是必要的.为配合本文研究目标,选取一典型高压透平级和一典型低压透平级进行设计研究.分别对其原始设计(A)、静叶部分透光设计(B)、静叶完
采用高分辨率TVD格式编写了一套三维CFD程序以用于叶轮机械及其它方面的研究,并基于MPI将其并行化,使其具有进行大规模计算的能力.为了在有限差分法与有限体积法转换时,尽可能小的改动源代码,讨论了两种方法的异同及统一实现的框架,并指出及证明了在有限体积法中,直接使用网格变换函数定义式的几何意义.为了校核程序,提供了扩散管道算例与Aachen涡轮动叶算例,指出了扩散管道流场发展中的一些有趣现象.
数值模拟了低速条件下吸气缝隙宽度、角度等微尺度变化对吸气式扩压叶栅气动性能影响.结果表明,附面层抽吸具有显著降低叶栅损失,改善流动,增加负荷及扩压能力等优点;吸气量相同时,缝隙宽度增加可进一步改善角区流动并减小叶栅两端部损失,吸气角度变化则对吸气缝隙出口压力有较大影响,为非均匀缝隙宽度设计及工况变化时有效控制吸气量提供了设计自由度.
本文对某型1200mm的低压长叶片级内的流动进行了CFD分析.计算采用时均N-S方程,湍流模型采用Spalart-Allmaras模型,湿蒸汽为平衡态.计算结果表明:由于叶片的剧烈扭曲,必须有良好的网格生成方法;导叶叶根与动叶叶顶气流马赫数达到1.8,局部2.0;长叶片的叶根可能出现负反动度;级内流动效率可以达到90﹪.
本文针对低雷诺数条件下涡轮效率下降问题提出了设计过程中应考虑的问题,给出了比较合理的负荷分布形式,并给出了设计实例.通过三维粘性计算,结果表明,所提出的方法能够有效的解决高空低雷诺数效率下降的问题.
本文用数值模拟的方法,对某涡扇发动机从风扇入口到增压级出口以及整个外涵道的稳态流场进行了联算和分析.得出了比较详细的内外涵道流场的信息.为叶片优化设计以及气动声学评估提供了依据.
本文从叶轮机械原理和三维N-S方程出发,提出叶片气动设计的几何形状最优控制问题,其相应的目标泛函是能量耗散泛函;同时运用张量分析工具建立起目标泛函与叶片几何形状之间的响应函数关系,进而得到叶片几何形状最优控制问题的Euler-Lagrange方程;最后给出了实现新的设计方法的数值算法及叶片面计算机生成方法.
在平面叶栅实验研究的基础上,将压气机叶片的弯角、弯高及掠角、掠高作为优化参数,以叶栅出口最大效率作为优化目标,采用均匀试验设计方法选择计算样本,最小二乘法求解响应面模型系数以及遗传算法寻优的混合优化方法对叶片弯、掠匹配进行了优化.优化叶栅在抑制中径处损失增大的同时降低了叶栅端部损失并改善了角区内的流动.优化结果表明这种混合优化方法易于实现且能够极大地节约计算资源并显著缩短设计周期.
利用三维数值模拟计算(CFD)技术进行了100kW微型燃气轮机的高比转速离心压气机叶轮的设计与内部流动的数值模拟与分析,得到了相应的特性曲线与主要气动参数分布.根据数值模拟分析,设计的100kw微型燃气轮机高效高比转速离心压气机叶轮具有较高的速率和较宽广且平坦的工作特性,可以满足微燃机总体设计对压气机的要求.流道内存在着复杂的跨音速流动现象,是引起流动分离的重要原因,对流场分布影响很大.
相对传统涡轮,对转涡轮拥有体积小、重量轻、效率高等优势,已经成为各国研究的重点.本文对过去数年内关于对转火箭涡轮泵的研究作了简单回顾,分析了对转涡轮用于涡轮泵的优势,并参照文献12中提出的方法进行一个对转涡轮的速度三角形计算.