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耦合透平末级的燃气轮机排气扩压器气动性能研究
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作者 闫晨曦 王嘉骏 +5 位作者 姚家旭 苏鹏飞 孔祥林 方宇 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第8期134-146,共13页
为探究透平末级出口流动对燃气轮机排气扩压器性能的影响,获取由透平末级、排气扩压器和收集器组成的完整系统的气动性能,建立了耦合透平末级的燃气轮机排气扩压器气动性能高保真分析模型。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-St... 为探究透平末级出口流动对燃气轮机排气扩压器性能的影响,获取由透平末级、排气扩压器和收集器组成的完整系统的气动性能,建立了耦合透平末级的燃气轮机排气扩压器气动性能高保真分析模型。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程和SST k-ω湍流模型的方法,对比研究了不同流量下,排气扩压器的流场结构和静压恢复系数。结果表明:随着进口流量的降低,排气扩压器内流动分离导致的总压损失增加,排气扩压器静压恢复系数下降。收集器内主要存在两股旋流,与弯扭段相邻的拐角处涡旋和回流增加了压力损失,降低了静压恢复系数。设计流量下,排气扩压器非弯扭段静压恢复系数为0.645,110%设计流量下静压恢复系数增加了10.2%;小设计流量导致排气扩压器总压损失增加,扩压能力降低,50%设计流量下扩压器的静压恢复系数为-0.059。设计流量大于70%时,透平末级动叶叶顶间隙泄漏射流能够抑制排气扩压器机匣的分离流动,从而降低总压损失。该研究为考虑透平末级出口流动作用下的燃气轮机排气扩压器气动性能研究提供了一定的参考。 展开更多
关键词 燃气轮机 排气扩压器 透平末级 气动性能 静压恢复系数
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基于高空台排气扩压器非平衡流动k-ωSST湍流模型系数优化
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作者 聂博文 张健平 +3 位作者 张松 但志宏 陈律江 杨豪 《机床与液压》 北大核心 2025年第2期125-133,共9页
为了准确模拟高空台排气扩压器湍流非平衡流动,采用Fluent软件分析k-ωSST湍流模型系数对扩压器出口静压模拟精度的影响,并通过响应面试验优化模型系数。结果表明:随着α_(1)的增大,模拟精度先提高后降低,达到0.341后保持不变。β^(*)... 为了准确模拟高空台排气扩压器湍流非平衡流动,采用Fluent软件分析k-ωSST湍流模型系数对扩压器出口静压模拟精度的影响,并通过响应面试验优化模型系数。结果表明:随着α_(1)的增大,模拟精度先提高后降低,达到0.341后保持不变。β^(*)的增大使模拟值逐渐接近目标值,从而提高精度;当模拟值大于目标值时,精度先降低再提高;而模拟值小于目标值时,精度急剧降低。β_(2)的增大也使得模拟值逐渐接近目标值,从而提高精度;当模拟值小于目标值,精度急剧降低。而σ_(ω2)的增大则使得模拟值迅速接近目标值,提高精度;但当模拟值小于目标值时,精度缓慢降低。模型系数α_(1)、β^(*),β_(2)、σ_(ω2)优选范围为0.2973~0.325、0.056~0.098、0.0756~0.089、0.69~1.1984。在此基础上,通过响应面试验显著性分析得到敏感性顺序为α_(1)>β_(2)>β^(*)>σ_(ω2),β^(*)与α_(1)、α_(1)和σ_(ω2)、β_(2)和β^(*)交互作用的影响显著,模型系数α_(1)、β^(*)、β_(2)、σ_(ω2)最佳组合为0.3052、0.0611、0.0826、0.853。最后通过试验验证合理性,结果表明模型系数最佳组合能较好地提高模拟计算准确性。 展开更多
关键词 k-ωSST湍流模型系数 不确定性 高空台排气扩压器 数值模拟 响应面试验
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径流式涡轮排气扩压器流动性能模拟研究 被引量:1
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作者 苏昌光 翁锦榕 +1 位作者 陈特銮 何汝林 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 1995年第7期85-91,共7页
本文研究了径流式涡轮排气扩压器特性对涡轮增压器与中速柴油机匹配性能的影响。在研究过程中,假定排气扩压器的气流为一元准稳定不可压缩气流,试验装置采用压缩气源供气。根据相似理论模拟中速柴油机排气的气流状态进行内壁为直线型... 本文研究了径流式涡轮排气扩压器特性对涡轮增压器与中速柴油机匹配性能的影响。在研究过程中,假定排气扩压器的气流为一元准稳定不可压缩气流,试验装置采用压缩气源供气。根据相似理论模拟中速柴油机排气的气流状态进行内壁为直线型面(定为A型)及内壁为曲线型面(定为B型)这两种型面的扩压器模拟试验。计算和试验结果表明:(1)不论A型或B型排气扩压器都能改善径流式涡轮的性能,从而提高涡轮效率及涡轮增压器总效率;(2)当扩张角较大时,B型扩压器因有较高的扩压器效率及压力恢复系数,其性能优于A型扩压器,这将更有利于改善涡轮增压器与中速柴油机的匹配性能。 展开更多
关键词 扩压器 涡轮排气扩压器 径流式涡轮 柴油机 增压
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支撑板型线和径向倾斜设计对燃气轮机排气扩压器气动性能的影响 被引量:4
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作者 董雨轩 李志刚 李军 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1245-1255,共11页
支撑板结构设计直接影响燃气轮机排气扩压器的流场结构和气动性能。在验证数值方法可靠的基础上,采用求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS)和Realizable k-ε湍流模型的方法,对带进气导叶和支撑板的排气扩压器模型进行了研究... 支撑板结构设计直接影响燃气轮机排气扩压器的流场结构和气动性能。在验证数值方法可靠的基础上,采用求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS)和Realizable k-ε湍流模型的方法,对带进气导叶和支撑板的排气扩压器模型进行了研究,探究在四种进气预旋下,支撑板截面型线以及本文提出的支撑板径向倾斜设计方案对排气扩压器气动性能的影响。结果表明:进气预旋和支撑板设计方式相同时,截面型线更薄的支撑板更易导致流体在支撑板附近的分离及更大范围的尾迹流,从而增大总压损失;支撑板截面形状相同时,与径向垂直设计相比,支撑板采用径向倾斜设计使得排气扩压器通道面积变化更加平缓,从而使得在四种进气预旋下,排气扩压器的总压损失系数下降7%~20%。当支撑板截面型线宽长比(d/C)为0.2时,相对于径向垂直设计,支撑板采用径向倾斜设计方式的排气扩压器静压恢复系数在进气预旋φ=0.35和φ=0.64时分别提升了4.7%和3.8%;但在支撑板截面型线宽长比(d/C)为0.12和0.175时,支撑板采用径向倾斜设计方式会降低排气扩压器在进气预旋φ=0.64和φ=1.00时的静压恢复性能。 展开更多
关键词 燃气轮机 排气扩压器 支撑板 气动性能 数值模拟
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支撑板结构对燃气轮机排气扩压器气动性能影响的数值研究 被引量:3
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作者 董雨轩 李志刚 李军 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期85-95,共11页
支撑板结构直接影响燃气轮机排气扩压器的气动性能。采用求解三维RANS(ReynoldsAveraged Navier-Stokes)的方法,在考虑燃气涡轮末级叶片导致的气流预旋的条件下,探究了支撑板的数目、轴向位置、倾斜角度这三个几何参数对排气扩压器气动... 支撑板结构直接影响燃气轮机排气扩压器的气动性能。采用求解三维RANS(ReynoldsAveraged Navier-Stokes)的方法,在考虑燃气涡轮末级叶片导致的气流预旋的条件下,探究了支撑板的数目、轴向位置、倾斜角度这三个几何参数对排气扩压器气动性能的影响,并基于正交试验原理,探究了不同几何参数对排气扩压器气动性能影响程度的差异。结果表明:支撑板数目的减少和轴向位置更靠近出口可以有效提升排气扩压器在不同进气预旋下的静压恢复系数,支撑板的倾斜设计在进气预旋小于0.48时,能有效提升排气扩压器的静压恢复系数,但在进气预旋大于0.48后,则会带来不利影响。基于正交试验原理的数值计算则表明,在进气预旋为0.12时,支撑板数目、轴向位置、倾斜角度三个因素变动对排气扩压器静压恢复系数的影响相近,进气预旋为0.35时,三者对静压恢复系数影响的贡献率分别为40.2%,30.9%,7.3%。进气预旋为0.89时,三者的贡献率分别为32.3%,22.2%,19.8%。 展开更多
关键词 燃气轮机 排气扩压器 支撑板 静压恢复系数 数值模拟
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支撑板构型提升燃气轮机排气扩压器气动性能研究 被引量:2
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作者 董雨轩 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期209-222,共14页
为提升排气扩压器的气动性能,基于燃气轮机排气扩压器典型支撑板结构,提出了带有弯度的直列支撑板(结构B)和弯扭支撑板(结构C)2种新构型支撑板。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)的方法研究了2种新构型支撑板在4... 为提升排气扩压器的气动性能,基于燃气轮机排气扩压器典型支撑板结构,提出了带有弯度的直列支撑板(结构B)和弯扭支撑板(结构C)2种新构型支撑板。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)的方法研究了2种新构型支撑板在4种进气预旋下对排气扩压器气动性能的影响。基于安装典型结构支撑板的排气扩压器的实验测量数据,验证了数值方法的有效性。研究表明:进气预旋为0.35和0.48时,3种不同形状支撑板对排气扩压器总压损失系数没有产生明显的影响,但由于结构B支撑板附近的分离流对出口流动结构影响更大,使得动压系数显著降低,进而导致静压恢复系数下降。结构C支撑板则没有对排气扩压器的静压恢复系数产生明显影响。随着进气预旋增加,结构B和结构C支撑板显著减弱了轮毂附近的角区分离流,使得总压损失系数下降的同时,动压系数有所增加。相比于原始结构支撑板,结构B和结构C支撑板在进气预旋为0.64和0.89时显著增大了排气扩压器的静压恢复系数,其中结构C支撑板将静压恢复系数分别提升16%和23%。所提出的结构C支撑板能够有效提高大进气预旋下排气扩压器的气动性能,有效拓宽了排气扩压器的高效工作范围。 展开更多
关键词 燃气轮机 排气扩压器 支撑板 气动性能
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基于NACA翼型的燃气轮机排气扩压器支撑保护罩气动外形优化研究 被引量:2
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作者 戴斌 隋永枫 +2 位作者 辛小鹏 蓝吉兵 初鹏 《机电工程》 CAS 北大核心 2019年第5期490-495,共6页
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... 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。 展开更多
关键词 排气扩压器 支撑保护罩 总压损失系数 静压恢复系数
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排气扩压器对TBCC排气系统的流道性能影响研究
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作者 安玖 徐惊雷 +1 位作者 宋光韬 葛建辉 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期145-154,共10页
为了研究不同的排气扩压器(简称排扩)直径、排扩形状以及排扩与单边膨胀组合喷管模型之间的相对位置对缩比喷管试验推力测量的影响,对3种排扩在不同的长径比下,进行了共6组风洞试验,同时对相应工况进行了数值模拟,并将试验与数值计算结... 为了研究不同的排气扩压器(简称排扩)直径、排扩形状以及排扩与单边膨胀组合喷管模型之间的相对位置对缩比喷管试验推力测量的影响,对3种排扩在不同的长径比下,进行了共6组风洞试验,同时对相应工况进行了数值模拟,并将试验与数值计算结果进行比较。研究结果表明:排扩的形状对喷管测力影响很小;大直径的排扩2的距离变化对测得的推力系数基本没有影响,但小直径的排扩1在排扩入口与喷管出口齐平工况下测得的推力系数明显小于喷管伸入排扩工况;在喷管模型伸入排扩工况下,排扩的直径对喷管测力基本无影响,但是在喷管出口与排扩入口齐平的工况下,使用小直径的排扩1会使测得的推力系数偏小。因此,排扩的几何参数变化对喷管外壁面的边界层流动影响很小,在排扩对喷管出口流场产生雍塞时,会影响喷管的推力测量。 展开更多
关键词 排气扩压器 单边膨胀组合喷管 推力测量 风洞试验 推力系数
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燃气轮机涡轮排气扩压器气动性能的不确定性量化和敏感性分析
9
作者 王嘉骏 范志泽楷 +5 位作者 闫晨曦 姚家旭 苏鹏飞 孔祥林 方宇 李军 《西安交通大学学报》 2025年第9期165-176,共12页
燃气轮机涡轮排气扩压器的几何参数偏差与运行工况波动会导致气动性能呈现显著不确定性,从而影响机组性能,结合拉丁超立方采样、非嵌入式多项式混沌展开和Sobol’ indices敏感性分析方法建立了扩压器气动性能不确定性量化与敏感性分析系... 燃气轮机涡轮排气扩压器的几何参数偏差与运行工况波动会导致气动性能呈现显著不确定性,从而影响机组性能,结合拉丁超立方采样、非嵌入式多项式混沌展开和Sobol’ indices敏感性分析方法建立了扩压器气动性能不确定性量化与敏感性分析系统,研究并量化了扩张角、进口旋流角与进口速度对静压恢复系数、总压损失系数及动压转换系数的影响。仿真结果表明:考虑进口速度、进口旋流角和扩张角的不确定性时,气动性能参数的统计分布均呈现正态分布。支撑板附近区域对参数扰动最敏感,以设计值为基准,静压恢复系数不确定性最大相对偏差达50.1%。静压恢复系数均值较设计值增加2.654%,偏离设计值10%的概率为11.04%;总压损失系数均值仅增加0.111%,但偏离概率高达25.22%;动压转换系数均值增加2.023%,偏离概率为0.63%。敏感性分析结果表明:进口旋流角是静压恢复系数和总压损失系数不确定性的主导变量,其贡献为72.84%和98.34%;扩张角是动压转换系数不确定性的主导变量,方差占比为65.43%;与主效应相比,进口速度与二阶交互效应影响可忽略。 展开更多
关键词 燃气轮机 排气扩压器 气动性能 不确定性量化 敏感性分析
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