为了提高工业汽轮机效率,实现节能减排和降低加工制造成本,对高转速工业汽轮机低压级组进行气动设计,并对其进行三维气动分析。完成了低压级组的一维设计、二维气动设计和叶型设计:动叶转速为6600r/min,进口总压为200kPa、进口总焓为2684.2kJ/kg、背压为7kPa下的流量为51.2t/h,总总效率为92.4%,总静效率为88.6%,达到设计要求。末级动叶的径高比为2.68,降低了转子的尺寸。三维流场分析显示:低压级组载荷分布均匀,级间匹配合理,气动性能良好;气动参数沿叶高分布均匀,叶片沿叶高具有良好的攻角特性。

为了研究入口气流旋流角对带支撑结构轴流排气扩压段气动性能的影响,以某型燃气轮机排气扩压段为研究对象,采用数值计算的方法,对单独排气段模型及排气段和涡轮末级动叶耦合模型分别进行数值模拟。采用总压保持系数和静压恢复系数作为衡量排气扩压段气动性能的主要参数。排气段单独模拟的结果显示,当旋流角从0°变化至-32°,总压保持系数下降4%,且在-20°以后开始呈现突然的快速下降趋势;而静压恢复系数先上升后降低,在-16°时达到最大值。另外,通过耦合模型与单独排气段模型的数值计算对比,发现当排气段入口旋流角和质量流量相同时,计算结果较为一致。以上结果说明,入口旋流角是影响排气扩压段流动性能的关键因素之一,进行排气段结构设计时要充分考虑旋流角对内部流动的影响。而且,单独排气段数值模拟在相同质量流量和旋流角度条件...

使用数值计算方法研究了压比、内流马赫数、外流马赫数、吹风比、速度比等气膜冷却设计中常见的气动参数对气膜孔流量系数的影响。基于数值计算结果,提出了一种气膜孔流量系数的计算关联式。与文献中试验数据的对比表明,该关联式精度较高,可以为涡轮叶片冷却设计提供参考。

燃气轮机排气段气动性能的优劣对机组整机效率有显著影响。支撑部件附近流动状况复杂,会对排气段性能产生极大影响。基于某型燃气轮机排气段初始流场特征,开展了排气段前、后支撑型线的优化设计。重点考虑对前支撑的优化设计,完成了三种型线优化方案,并应用S1流面计算方法在宽广的来流角度范围下进行损失计算,选择出气动性能最优的结果。后支撑对流动效率影响比前支撑小,因此对后支撑完成了一种适应当地流场的简单优化设计。最后,采用耦合涡轮末级的排气段三维数值模拟方法,对支撑型线优化前后排气段的气动性能变化进行了分析,支撑优化后排气段流动损失比原型明显降低,总压保持因数提高了1.4%。研究成果可为燃气轮机排气段气动设计与优化提供参考。

针对某型号燃气轮机径向排气扩压器支撑保护罩气动特性问题,基于保护罩原气动型线,结合NACA翼型对其进行了优化,并设计了两种新的气动外形。采用稳态和瞬态数值模拟的方法研究了配有10%、50%、90%这3种不同支撑保护罩的排气扩压器径向高度横截面的马赫数分布,支撑保护罩下游的总压损失系数,排气扩压器的静压分布、静压恢复系、通道涡、出口静熵以及透平末级静叶、动叶尾迹对排气扩压器静压恢复系数的影响。稳态研究结果表明:新设计的两种支撑保护罩气动外形延迟了保护罩表面气流分离,其下游总压损失系数降低,排气扩压器静压恢复系数有明显提升;瞬态研究结果表明:透平末级静叶和动叶尾迹对径向排气扩压器静压恢复系数影响较小。

以高负荷、大扩张角、小根径/顶径比、大展弦比的工业汽轮机末级叶片为研究对象,设计了直扭静叶、弯扭静叶、周偏直扭静叶3种积叠方案,采用三维CFD方法数值模拟了3种方案的内部流动,分析了压比、反动度、马赫数、静压系数、气流角、效率等参数的变化和内部流场。结果表明:周偏直扭方案的级效率最高,达到90.65%,比直扭方案和弯扭方案分别高0.93%、0.81%;正弯和周偏都能提高根部反动度,形成从根部指向流道中部的压力梯度,减小端壁附近的横向二次流动,降低二次流损失,同时降低了马赫数、减小了激波损失。