葉柵作為氫透平膨脹機能量轉(zhuǎn)化的核心部件,其工作效率對膨脹機至關(guān)重要,調(diào)用SST湍流模型,針對實際氣體性質(zhì)的氫氣參數(shù)開展了數(shù)值模擬,分析葉柵的內(nèi)部流動規(guī)律及其二次流能量損失機理,結(jié)果表明葉柵上下端壁的能量損失呈對稱分布,葉柵的前緣能量損失較小,喉部以及尾緣能量損失較大,葉柵的吸力面發(fā)現(xiàn)比較嚴(yán)重的流體流動集中現(xiàn)象,尾緣處存在尾跡渦。同時,開展試驗對數(shù)值模擬的可靠性進行驗證,通過截取實際葉柵的兩個流道設(shè)計了試驗系統(tǒng),在不同入口壓力下通入氫氣開展試驗,通過測量試驗?zāi)Ｐ瓦M出口溫度和壓力將其作為數(shù)值模擬的邊界條件開展數(shù)值模擬,擬合試驗和數(shù)值模擬的出口溫度進行分析,發(fā)現(xiàn)試驗值和模擬值的發(fā)展趨勢一致。 

【文章來源】：低溫工程. 2020,(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

模型的建立以及網(wǎng)格劃分

通過對葉柵數(shù)值計算,采取50 %靜葉高截面進行分析,計算得到壓力云圖如圖2a所示,在入口段壓力變化較小,喉部和尾緣部壓力梯度較大。如圖2b所示,溫度云圖與壓力云圖(圖2a)從入口到出口的變化過程比較相似,在入口段能量轉(zhuǎn)換較小,在喉部和尾部存在較大的能量轉(zhuǎn)化,出口的平均溫度為34.8 K,計算得到的速度云圖如圖2c所示,在葉柵的前緣存在滯止?fàn)顟B(tài),喉部和斜切口速度很大,出口處的平均速度達到304.6 m/s。低溫氫氣在葉柵膨脹的過程,出口速度越大,溫度越低,說明其工作效率越高。基于數(shù)值模擬分析結(jié)果,為了對葉柵的內(nèi)部流動規(guī)律進行深入分析,定義總壓損失系數(shù):

總壓損失系數(shù)的物理意義可以理解為:葉柵內(nèi)任意一點處總壓損失值與葉柵總壓降中轉(zhuǎn)換為動能的壓降之比[7],總壓損失系數(shù)越小,說明有用功越多。計算結(jié)果如圖3所示,通過葉柵總壓損失系數(shù)沿流向方向的分布可以發(fā)現(xiàn),在葉柵流向70%以內(nèi),總壓損失系數(shù)增加緩慢,能量損失較小,這是因為在葉柵的前端,其主要作用是將工質(zhì)導(dǎo)向喉部,發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換情況較少;在葉柵流向70%—95%范圍內(nèi),即流過喉部,接近尾源段,能量損失劇烈,并且一直呈現(xiàn)上升趨勢,這是因為在該區(qū)域內(nèi),能量轉(zhuǎn)換較大,吸力面和壓力面之間壓力梯度較大,并且存在邊界層效應(yīng)以及二次流的影響,因而應(yīng)當(dāng)重點研究該部分能量損失情況;在流向95%以后,總壓損失系數(shù)直線降低,及接近出口的位置,能量損失降低。為了深入探討葉柵能量損失機理,進一步通過數(shù)值模擬對不同截面的總壓損失系數(shù)進行分析。選擇葉柵相對于入口位置0.3、0.5、0.7、0.9、0.95和0.98處的6個截面進行數(shù)值模擬。如圖4所示,通過各截面的總壓損失系數(shù)云圖,可以發(fā)現(xiàn),總壓損失系數(shù)沿著葉高的方向呈現(xiàn)對稱分布,即上下端面的能量損失是一致的,且接近上下端面以及葉片附近,能量損失相對較大,并且總壓損失系數(shù)隨著截面的往后推移在不斷增大,同時,總壓損失集中在吸力面,即在吸力面有較大的能量損失,并且在截面0.7以后,能量損失持續(xù)增大,在葉片尾緣處,總壓損失系數(shù)達到最大,可能是由于尾跡渦存在引起,需要流線圖的進一步驗證。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3380641