超超临界机组叶型损失实验与数值研究

发布时间：2020-07-11 08:15

【摘要】：研制大功率超超临界汽轮发电机组,是电力行业实现国家“节能减排”目标的重大举措。采用先进的大焓降叶片设计方法,减小叶型损失,是降低通流部分级数,提高机组效率的关键因素之一。本文以超超临界机组中的某级动叶和静叶不同叶高的叶型为研究对象,进行了平面叶栅的实验测试,并采用数值模拟的方法,对基于雷诺数效应的叶型损失及三维叶栅气动性能进行了研究。首先,利用低速风洞实验台进行了平面叶栅的吹风实验。实验结果包括在不同冲角下各个叶型的型面静压曲线,叶型损失,落后角等参数。通过静压系数曲线得知各个叶型均为后加载叶型。实验结果表明各个叶栅的损失系数结果都在合理的范围内,并且静叶叶型冲角特性平稳,这一定程度上说明了后加载叶型和静叶采用的鱼头型前缘的设计能有效的减少损失并增强在变冲角工况下的稳定性。基于平面叶栅实验得到的测量结果,采用数值模拟的方法,进一步研究了三维叶栅的气动性能。文章采用SST湍流模型对动叶三维叶栅进行了数值计算,与平面叶栅实验的结果对比并分析。得到各个叶高位置静压系数分布,叶型损失随冲角变化,落后角沿叶高分布等结果。栅后截面总压损失系数分布显示,在给定的冲角范围内通道涡的发展得到了抑制,涡系的位置靠近上下端壁,对中间主流的影响微乎其微。损失随冲角变化曲线显示各个工况下总损失的计算结果都处于合理范围内,并且总损失在正冲角下呈递增的趋势,而在负冲角范围内存在最低点,从得到的曲线上可以看出损失最小位置对应的冲角在-3°至-4°之间。通过分析栅后涡量分布图可知落后角沿叶高分布不均匀是主要是两个旋向相反的涡系互相影响的结果。由于实验条件的限制,无法通过实验获得变雷诺数工况下叶型损失的规律,因此,本文以实验结果为参照,通过数值模拟的方法研究变雷诺数下各个叶型的气动性能。得到的损失系数随雷诺数变化的曲线与文献中相似条件下的实验结果比较吻合,并且通过对比发现其在大部分雷诺数范围内都与AMDC模型和Sanders模型的曲线一致。这就可以利用曲线计算实际工况下的损失。在变雷诺数条件下,吸力面的最高马赫数位置与叶型的扩散系数都相应地出现变化。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM311
【图文】：

负荷曲线,蒸汽轮机,雷诺数,粗糙度

研究结果发现，雷诺数对于表面水度对出口气流角也没有显著影响性能的影响，进行了五个不同粗糙度验结果以叶片的负荷曲线与叶型损于边界层的转捩和叶型损失有一定关雷诺数和粗糙度的函数此外，栅进行了三维计算，结果显示粗糙度响有很大不同，因为动叶上游来流中相关的损失 Vare[15]等对有不同抛光变时，精抛光的叶片相比于进行过等[16]的研究结果显示，雷诺数 Re 在 2在粗糙表面上得到了降低 Monti糙度对叶型性能的影响实验发现的表面粗糙度，在49 10＜Re＜2 54 10时，这个数值的粗糙度将造成

叶栅稠度,叶栅损失,叶型损失

峰值的变化规律白涛等[29]通过改变角下前缘附近的流动机理研究结较优越的性能，不但在设计攻角下能产生，而且在较宽的攻角范围内都能 20°攻角下，使得叶型损失相比基准失的影响很大，正负冲角的增长都化时，吸力侧的后部附面层由于逆压增大，而在正冲角下压力侧上的损失附近的扩压段的作用下逐渐增厚，并现象消失冲角对叶型损失是一个很究有许多[30-33] 相对节距也叫叶栅稠b/t，其中b为叶片弦长，t 为栅距稠度减小时，叶片负荷增大，导致面气流分离和损失增加但如果叶使叶型损失增大如图 1-4 表示叶栅

过程图,涡轮叶片,过程,可控涡

/122211111121 kkoutTeoutTeMkEMYu 的模型给出了能量损失TE E[45]的求解计比 k 和马赫数outM表示的压力损失系数失项的物理意义保持一致法发展经历了很长一段道路，从开始最简单力学）的发展应运而生的可控涡及先进涡[图 2-1 为早期以来涡轮叶片的设计发展过来都是国内外研究人员所关注的重点问题

【参考文献】