涡轮气动性能短周期试验技术研究

来源 :2006中国工程热物理学会热机气动力学学术会议 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ahjockey
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分析了中科院工程热物理所暂冲式短周期涡轮试验台的工作特点和运行特性;提出了适合该类试验台的涡轮性能测试方法;在短周期试验条件下涡轮轴功率测试中必须对转子加速功率,制动功率和摩擦损失功率综合考虑,流量测点应尽可能靠近涡轮以避免流量测量的相位误差;在压力和温度参数的测量中必须考虑测量系统的频响特性。
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非定常性是叶轮机械内流动的本质属性.本文采用Jameson提出的双重时间步法,使用有限体积法进行空间离散,求解可压缩的雷诺平均Navier-Stokes方程,采用Baldwin-Lomax模型对控制方程进行封闭,实现了多叶片排非定常流动的三维数值模拟.并使用该程序对某无导叶对转涡轮的流场进行了计算,通过与商业软件Numeca计算结果的比较分析,初步校核验证了程序的准确性和可靠性,为下一步工作提供了
本文在一排涡轮叶栅前增加周期性运动的圆柱,利用圆柱绕流来模拟上游静叶产生的尾迹,将其作为一种激励机制,通过数值模拟手段研究了此种非定常激励对下游叶栅的影响.研究的结果显示,选择适当的激励频率可实现对叶栅流场有效的整合,有效地改善下游叶栅流场的流动状态。
畸变对压气机性能的影响是一个高度的非定常过程,而过去的研究较多的基于定常分析的基础之上.本文应用高精度格式的非定常数值模拟程序,分别对均匀和畸变进口条件下压气机转子内的流动进行了全三维非定常数值模拟,首次对进口畸变下转子通道内的三维非定常流场的时空演化过程进行了较为详细的研究和分析.其结果表明,高低压交替形成的非定常扰动是引起的转子通道内流场大尺度分离的主要原因,从而导致了转子总性能的降低。
应用NUMECA软件对带有楔形扩压器的跨声速离心压气机级动静叶相干形成的三维非定常粘性流场进行了数值模拟,给出了不同时刻叶片表面压力系数的变化曲线、不同时刻不同流向位置截面上相对速度沿流道宽度方向分布的变化曲线、不同时刻扩压器吸力面附近的空间流线以及不同时刻压气机间隙泄漏流与静压的关系等.模拟结果表明非定常流动状况更接近真实流动,在高性能的压气机的设计中具有更广泛的应用前景。
将已经建立的求解三维定常对流扩散方程的高阶紧致差分格式直接推广到三维非定常对流扩散方程的数值求解,时间导数项利用二阶的向后欧拉差分公式,因此所得到的高阶隐式紧致差分格式时间为二阶精度,空间为四阶精度,并且是无条件稳定的.为了加快传统迭代法在求解隐格式时在每一个时间步上的迭代收敛速度,采用了多重网格加速技术.数值实验结果验证了本文方法是精确的、稳健的,并且可以适用于高雷诺数问题的计算。
实验研究静叶Clocking效应在不同动、静叶轴向间隙下对某低速双级轴流压气机气动性能影响.结果表明,在相同轴向间隙下,Clocking效应对效率的影响随流量增加而增强,近喘工况几乎没有效率变化,设计工况和最大流量工况处分别约提高0.4-0.6﹪和1.0-1.3﹪,但Clocking效应对压比基本没有影响.在不同轴向间隙下,最高、最低效率的静叶Clocking位置有所不同,综合变轴向间隙和Cloc
本文通过对五组不同气动负荷的风扇转子进行比较研究,探讨了风扇/压气机设计中负荷系数对气动设计参数及其分布的影响.随着负荷系数的不断升高,高负荷风扇转子的气动参数与较低负荷的风扇转子有着明显不同的分布特点.根据这类分布特点设计了一个高负荷风扇级,并详细分析了其三维粘性流场。
本文利用有限元分析软件ANSYS分析了冲压转子的结构强度,并在分析结果的基础上利用该软件的设计优化分析功能对其结构进行了改进,使冲压转子在应力分布趋向合理的同时提高了转速,减轻了重量.同时,本文在对该转子的温度场分析的基础上对冲压转子进行了热-结构耦合分析,为冲压转子的进一步研究打下基础.
本文采用自主研发的三维粘性气动优化设计平台对某双涵道风扇/增压级进行了气动设计优化.采用NURBS技术对该风扇/增压级各排叶片进行了参数化造型,包括二维叶型的参数化表达以及基迭线的弯、扭联合造型:采用NUMECA商用软件进行了风扇/增压级三维内外涵联算作为气动性能评估指标;基于该风扇/增压级三维内外涵联算,采用iSIGHT优化软件对风扇/增压级各排叶片进行了气动设计优化.在整机流量降低0.3428
目前,军用移动电站采用的大都是传统的柴油发电机组,由于活塞发动机本身所固有的原因,使得柴油发电机组有很多难以克服的缺陷.与柴油发电机组相比,涡轮发电机组在噪音、振动、排放、电气性能等很多方面都有优势,特别是最近几年,涡轮发电机组发展迅速,具有广阔的应用与发展前景.本文按照军用移动电站的标准对回热循环的CapstoneC30涡轮发电机组进行了性能试验,并与柴油发电机组进行了性能对比,对C30涡轮发电