尾迹干扰下大焓降叶片非轴对称端壁效应数值研究

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1、第57卷第6期汽轮机技术Vo1．57No．62015年12月TURBINETECHNOLOGYDeC．2015尾迹干扰下大焓降叶片非轴对称端壁效应的数值研究李长宝，韩万金(1哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨1500462哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，哈尔滨150001)摘要：采用数值模拟的方法研究了在上游尾迹干扰下大焓降叶片流场的非定常性以及端壁翘曲对端壁区流动的控制效果。上游动叶尾迹用转动的圆柱模拟，在基准工况下计算了具有平坦端壁和翘曲端壁的两套大焓降叶栅。结果表明：在上游尾迹的周期干扰下，叶片表面附面层，主要是吸力面附面层参数表现出周期性脉动。在上游尾

2、迹周期作用的非定常环境下，相对平坦端壁，端壁翘曲降低了端壁通道涡量，降低了端区流动损失。关键词：大焓降叶片；非轴对称端壁；尾迹干扰；非定常数值模拟分类号：V231．3文献标识码：A文章编号：1001-5884(2015)0643422-03UnsteadyNumericalSimulationofWeakDisturbingonNon．axia1SymmetryEndwal10fHigh．1oadingBladeLIChang．bao．HANWan-jin(1HarbinTurbineCompanyLimited，Harbin150046，China；2Harb

3、inInstituteofTechnology，Harbin150001，China)Abstract：Numericalsimulationmethodwasusedtostudytheunsteadyflowcharacteristicsandtheefectofwarpendwallontheendwallflow．Theupstreamwakesofrotorbladesweresimulatedwitharotatingcylinder．Twocascadeswitllthenon—axialsymmetryendwallandtheflapendwa

4、llrespectivelyweresimulatedinthebaselineconditions．Resultsshowthatperiodicpulsationsofboundarylayerparametersaremainlyfocusedonthesuctionsideundertheefectoftheupstreamwake．Comparedtotheflapendwall，thenon-axialsymmetryendwallisabletodecreasetheendwallchannelvortices，andfurtherreducest

5、heendwallchannelenergylosswiththeunsteadyupstreamwake．Keywords：high·loadingblade；non-axialsymmetryendwall；weakdisturbing；unsteadynumericalsimulation失要高于层流附面层。尾迹通过产生的这两个相反的作0前言用，哪一个占优，需要作出判别。此外，在来流流场具有以一定转数旋转的尾迹流的情况下，是否考虑尾迹与附面层相互在涡轮机械的通流部分，凡是引起流动不均匀的因素都作用的非定常性，确定其对数值模拟结果有何影响，在高负导致非定常流

6、动j。此外，自激振动是在一定绕流条件下和荷涡轮叶片研究邻域内至关重要。在许多研究上游动叶尾叶片材料特性下出现的，旋转脱流就属于自激振动的一种形迹与后继静叶附面层相互作用的工作中，学者常常采用立式。由此看来，涡轮机械内部流动本质上是非定常的。于可调转数的转动带子上的圆柱模拟动叶尾迹。大焓降叶片是大功率蒸汽涡轮的中间级静叶栅，叶栅内本文以大焓降叶片作为研究对象，在该叶栅的上游设置流动必然要承受上游级动叶尾迹周期通过的影响J。尾迹随转动带子运动的圆柱，定性近似模拟动叶尾迹流动。在基是从动叶脱落下来的，相对主流，尾迹内充满了低动量高湍准工况下，采用定常和非定常计算方法，

7、考察平坦端壁和非流度气体，其中的气动参数如速度、压力等都是高度脉动轴对称端壁大焓降叶片的气动性能有何异同。的J。这种尾迹进入后继静叶栅，与吸力面附面层相互作用，可能引发附面层提前转捩，从而提高静叶栅的抗分离能1计算模型和计算方法力j。文献[6]曾把上游尾迹与后继叶栅附面层的这一作用称之为“负向射流”效应。I．1计算模型在大焓降叶片中存在三维分离区。与层流附面层比较，计算模型是哈汽公司引进设计的拟应用于600MW四缸由于湍流附面层具有高得多的抗分离能力，因此提前转捩，四排汽亚II缶界汽轮机通流部分改型设计的大焓降静叶片。使附面层在叶片上游就转变为湍流，能够削弱甚至

8、消除附面大焓降叶片翘曲端