叶栅数值计算

0.6
0.4
P
0.2 0.0 -0.2 -0.4 -0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
B
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7
3.2三维叶栅计算 3.2三维叶栅计算
网格生成采用该软件包的AutoGrid AutoGrid网格生成模块 ●网格生成采用该软件包的AutoGrid网格生成模块 ◆采用H-O-H型网格； 采用H 型网格； ◆叶型壁面及曲率变化较大地方的网格进行加密 ； ◆网格数为1098719。 网格数为1098719。 1098719
18 17 16 15 14
出汽角
13 12 11 10 9 8 7 0.86 0.88 0.90 0.92 0.94 0.96
CUC弯曲叶栅 CUC直 叶栅 SCH弯曲叶栅 SCH直 叶栅
叶高方 向半 径
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4 小结
二维计算表明，CUC叶栅呈典型的前加载特性，背弧上的扩压非常小，叶片的负荷也明显比SCH叶栅大。而SCH呈明显的后加载特性，背弧上的扩压程度较CUC 大。计算的叶型表面压力分布和试验测得的表面压力分布非常一致。 三维叶栅数值计算表明，CUC直叶栅由于其叶型本身前加载的特点，二次流的生成较早，其根部的损失在4个方案中最大。而SCH直叶栅由于其后加载的特点，在 根部的端部损失较CUC直叶栅小。CUC叶栅采用较大切向弯曲后效果最好，而SCH采用弯曲后较直叶栅也能有效降低单排叶栅的损失。计算结果与试验结果的趋 势是一样的，但在绝对值上有差别，计算的损失值要大于试验值。 前后加载的弯曲叶栅，由于根顶部的流量增加而导致出汽角增大，出现两个峰值，而且CUC弯曲叶栅由于采用了较大的弯曲，两个峰值也明显比SCH弯曲叶栅大 。CUC和SCH直叶栅的出汽角峰值明显减小，而叶高中部的出汽角比弯曲叶栅大。
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CUC叶栅呈典型的前加载特性 背弧上的扩压非常小； 叶栅呈典型的前加载特性， ● CUC叶栅呈典型的前加载特性，背弧上的扩压非常小； 叶片的负荷也明显比SCH叶栅大； SCH叶栅大 ●叶片的负荷也明显比SCH叶栅大； SCH呈明显的后加载特性 背弧上的扩压程度较CUC 呈明显的后加载特性， CUC大 ● SCH呈明显的后加载特性，背弧上的扩压程度较CUC大。
numeca用户会议北京2006年6月1213日dfstw东方汽轮机厂numeca用户会议北京2006年6月1213日numeca用户会议北京2006年6月1213日numeca用户会议北京2006年6月1213日dfstw22numeca用户会议北京2006年6月1213日dfstwnumeca用户会议北京2006年6月1213日dfstwcucschnumeca用户会议北京2006年6月1213日dfstw010001020304050607080910110402000204060810cuc试验sch试验cuc计算sch计算numeca用户会议北京2006年6月1213日dfstwnumeca用户会议北京2006年6月1213日cucschwqx1wqx268104101211123213751151142214521641numeca用户会议北京2006年6月1213日10dfstw0860880900920940961000100020003000400050006000700080009000cuc弯曲叶栅sch直sch弯曲叶栅numeca用户会议北京2006年6月1213日11dfstwnumeca用户会议北京2006年6月1213日12dfstw086088090092094096101112131415161718cuc弯曲叶栅cuc直sch弯曲叶栅sch直numeca用户会议北京2006年6月1213日13dfstw二维计算表明cuc叶栅呈典型的前加载特性背弧上的扩压非常小叶片的负荷也明显比sch叶栅大
CUC叶栅静压分布云图 叶栅静压分布云图
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SCH叶栅静压分布云图 叶栅静压分布云图
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●计算和试验测得的表面压力分布非常一致。 计算和试验测得的表面压力分布非常一致。
cuc-试验 sch-试验 cuc-计算 sch-计算
1.0
0.8
10
方案1子午面上总压损失等势线 方案 子午面上总压损失等势线
方案2子午面上总压损失等势线 方案 子午面上总压损失等势线
方案3子午面上总压损失等势线 方案 子午面上总压损失等势线
方案4子午面上总压损失等势线 方案 子午面上总压损失等势线
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●计算方案及几何参数
方案 叶型 弯曲生成线 通道形式 内壁面 外壁面 叶片数Z 叶片数 68 WQX1 1 CUC 直叶栅 平 斜 104 WQX2 2 3 SCH 系数 总压损失系数 1 1.0 1.151 2 1.211 1.422 3 1.232 1.452 4 1.375 1.641
3数值计算 数值计算 数值
●采用时间推进法； 采用时间推进法； ●空间离散方法采用有限体积法； 空间离散方法采用有限体积法； ●数值计算的几何模型与试验叶栅完全相同； 数值计算的几何模型与试验叶栅完全相同； ●计算的边界条件也与叶栅试验工况相对应； 计算的边界条件也与叶栅试验工况相对应； ●S-A模型要求计算结果在壁面第一层网格节点上的Y+值在1-10之间。 模型要求计算结果在壁面第一层网格节点上的Y 值在1 10之间。 之间
2
2计算方法 计算方法 2.1 控制方程组
v v ∂U + ∇FI + ∇FV = Q ∂t
v v v F I = F I 1 l x + F I 2 l y + FI 3 l z v v v FV = FV 1l x + FV 2 l y + FV 3 l z
ρ ρw ~ 0 1 v v v v v ~ ρ w2 Q = − ρ 2ωxw + [ωx (ωxr )] U= v v2 2 ~ ρw ∇ (0.5ω r ) ρ w3 ~ ρE
3
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2.2湍流模型 湍流模型
●本文应用了Spalart-Allmaras模型，对于低雷诺数模型是十分有效的 本文应用了Spalart-Allmaras模型， Spalart 模型 边界层中粘性影响的区域被适当的解决。 ，边界层中粘性影响的区域被适当的解决。
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方案1的损失系数最小，也即CUC采用弯曲后效果最好， SCH采用弯 CUC采用弯曲后效果最好 ●方案1的损失系数最小，也即CUC采用弯曲后效果最好，而SCH采用弯 曲后（方案3 较直叶栅也能有效降低单排叶栅的损失。 曲后（方案3）较直叶栅也能有效降低单排叶栅的损失。 方案1损失系数小主要有两方面的因素： ●方案1损失系数小主要有两方面的因素： ◆叶型损失小； 叶型损失小； 采用了较大的切向弯曲量来拟制二次流的生成和发展。 ◆采用了较大的切向弯曲量来拟制二次流的生成和发展。
[
]
FVi = qi
τ i1 τ i2 τ i3 ~ + w jτ ij 0
~ ρ wi * ~ ~ p δ 1i + ρ wi w1 ~ ~ * FIi = p δ 2i + ρ wi w2 ~ ~ p *δ 3i + ρ wi w3 ~ * ~ ρ E + p wi
前后加载叶栅的数值计算
东方汽轮机厂 孙奇 钟刚云
DFSTW 东方汽轮机厂
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1
1 前言
●后加载 ●高负荷 ●前加载 ●CUC叶型和SCH叶型 CUC叶型和SCH叶型 叶型和SCH ●数值计算
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二维计算表明， 叶栅呈典型的前加载特性， ●二维计算表明，CUC叶栅呈典型的前加载特性， 背弧上的扩压非常小， 叶栅呈典型的前加载特性 背弧上的扩压非常小， 叶片的负荷也明显比SCH叶栅大。SCH呈明显的后加载特性。 叶栅大。 呈明显的后加载特性。 叶片的负荷也明显比 叶栅大 呈明显的后加载特性
●计算的叶型表面压力分布和试验测得的表面压力分布非常一致； 计算的叶型表面压力分布和试验测得的表面压力分布非常一致； 三维叶栅计算表明， 前加载直叶栅的根部损失较SCH后加载直叶栅 ●三维叶栅计算表明，CUC前加载直叶栅的根部损失较 前加载直叶栅的根部损失较 后加载直叶栅
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3.1二维叶栅绕流特性计算
●网格生成采用该软件包的IGG网格生成模块 网格生成采用该软件包的IGG网格生成模块 IGG
◆采用H-I型网格； 采用H 型网格； ◆对叶型壁面及曲率变化较大地方的网格进行加密； 对叶型壁面及曲率变化较大地方的网格进行加密； ◆网格数为91304。 网格数为91304。 91304
9000 8000 7000 6000
CUC直 叶栅 CUC弯曲叶栅 SCH直 叶栅 SCH弯曲叶栅
总 压损失 (Pa)
5000 4000 3000 2000 1000 0 -1000 0.86 0.88 0.90 0.92 0.94 0.96
叶高方 向上的半 径(m)
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叶栅采用较大切向弯曲后损失最小， 大； CUC叶栅采用较大切向弯曲后损失最小，而SCH采用弯曲后较直 叶栅采用较大切向弯曲后损失最小 采用弯曲后较直 叶栅也能有效降低单排叶栅的损失。 叶栅也能有效降低单排叶栅的损失。 计算结果与试验结果的趋势是一样的，但在绝对值上有差别， ●计算结果与试验结果的趋势是一样的，但在绝对值上有差别，计算的损 失值要大于试验值。 失值要大于试验值。 弯曲叶栅由于根顶部的流量增加而导致出汽角增大，出现两个峰值。 ●弯曲叶栅由于根顶部的流量增加而导致出汽角增大，出现两个峰值。
计算结果与试验结果的趋势是一样的，但在绝对值上有差别， ●计算结果与试验结果的趋势是一样的，但在绝对值上有差别，计算的损失值 要大于试验值。 要大于试验值。 方案1和方案 由于采用了弯曲，使汽流向根顶部流动， 和方案3由于采用了弯曲 ●方案 和方案 由于采用了弯曲，使汽流向根顶部流动，导致了根顶部出汽角 增大，出现两个峰值， 增大，出现两个峰值，