低速轴流涡轮内部流动的CFD模拟

发布时间：2017-11-24 12:28

  本文关键词：低速轴流涡轮内部流动的CFD模拟

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【摘要】：轴流涡轮的性能及其运行的安全稳定性与涡轮内部复杂的非定常流动结构紧密相关,因而深入剖析涡轮内部的固有非定常转静干涉效应十分重要。特别地,在雷诺数非常低时,低速涡轮静叶流道内主要是层流流动,叶片表面可能发生层流边界层分离,使得损失增大、涡轮效率急剧降低,因此研究低雷诺数下涡轮表面层流边界层分离有重要研究价值。本论文即针对这两个问题对AIST研究所的某单级低速轴流涡轮展开数值模拟研究,具体工作内容如下：(1)采用定常数值模拟(RANS)进行湍流模拟方法选取和网格无关性验证。通过与实验结果的对比,确认静叶流道内求解层流N-S方程、动叶流道内求解雷诺时均的N-S方程,能够最准确地模拟出涡轮级内的流动状况；进行了网格收敛性研究,给出了网格分布的指导准则。(2)采用非线性谐波法进行非定常计算,针对涡轮内部转静干涉的非定常流动细节及流动机理展开细致剖析,研究表明：低雷诺数状态下,转静干涉效应对低速轴流涡轮静叶通道内流场的影响小于对动叶通道内流场的影响。造成静叶下游强周期性非定常特性的原因是动叶对静叶尾迹的周期性切割以及动叶对上游流动的周期性阻塞作用；转静干涉引起主流高速区与由叶顶间隙涡、动叶顶部通道涡、动叶边界层分离区、动叶根部通道涡形成的尾迹区发生周期性周向运动,是造成动叶下游各参数发生大幅周期性波动的关键原因。(3)采用分离涡模拟方法对该涡轮静叶片进行非定常数值模拟。计算结果清晰捕捉了静叶片流道内的流动结构,分离区非常薄,一直发展到尾缘而未再附于叶片吸力面。与RANS模拟结果相比,DES方法能够更准确地模拟出层流分离区和二次流在叶片下游形成狭长的低速高损失带。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK14

【参考文献】

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本文编号：1222280