汽輪機(jī)彎扭葉片流固耦合分析及性能研究.pdf

1、在節(jié)能減排的大背景下，汽輪機(jī)通流改造得到了蓬勃發(fā)展。本文對(duì)國(guó)產(chǎn)125MW汽輪機(jī)高壓缸末級(jí)葉片進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了端部二次流的產(chǎn)生原因，提出了利用彎扭葉片減少二次流的措施，對(duì)改進(jìn)后的彎扭葉片進(jìn)行流固耦合分析驗(yàn)證其綜合性能，并利用Workbench平臺(tái)對(duì)彎扭葉片的操作參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容如下:
　　(1)通過(guò)對(duì)國(guó)產(chǎn)125MW汽輪機(jī)高壓缸末級(jí)葉柵的三維模擬與驗(yàn)證，最終確定網(wǎng)格數(shù)量為70萬(wàn);邊界層厚度為0.01mm;湍流模型采用

2、SST模型、交界面采用FrozenRotor交界面;邊界條件選擇MassFlowInlet，StaticOutlet。
　　(2)通過(guò)對(duì)原始葉片流道的模擬分析，提出了彎曲葉片改進(jìn)二次流的主要措施，比較了四種彎曲葉片，發(fā)現(xiàn)彎曲角度為10度時(shí)效果最好，然后按照噴嘴等截面、動(dòng)葉連續(xù)流設(shè)計(jì)出改進(jìn)后的彎扭葉片，數(shù)值模擬結(jié)果表明，改進(jìn)后的彎扭葉片等熵效率為89.09％，軸功率為4494.21kW，與原葉片相比，等熵效率提高1.96％，軸功率提

3、高148.43kW。
　　(3)利用單向流固耦合分析方法對(duì)彎扭葉片進(jìn)行了分析計(jì)算，并與不考慮流固耦合的常規(guī)分析方法進(jìn)行了對(duì)比，計(jì)算結(jié)果表明流固耦合時(shí)葉片最大應(yīng)力為249.97MPa，常規(guī)分析時(shí)葉片最大應(yīng)力為225.33MPa，流固耦合分析的最大應(yīng)力更接近于實(shí)際情況，根據(jù)這個(gè)結(jié)果設(shè)計(jì)的葉片安全系數(shù)更高。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了模態(tài)分析，得到葉片0-5節(jié)徑1階自振頻率分布范圍為612.9-1462.1HZ，不考慮流固耦合時(shí)模態(tài)分析得到的葉片0

4、-5節(jié)徑1階自振頻率分布范圍為608.3-1458.1HZ;發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力的存在加強(qiáng)了葉片整體的剛度，有預(yù)應(yīng)力的振動(dòng)頻率比無(wú)預(yù)應(yīng)力的振動(dòng)頻率整體上偏大。
　　(4)利用Workbench集成軟件平臺(tái)對(duì)改進(jìn)后葉片的操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從1000個(gè)樣本點(diǎn)中選出的最優(yōu)工況點(diǎn):進(jìn)口角度為75.17°、進(jìn)口流量為1.4396kg/s、出口壓力為2.43MPa、進(jìn)口溫度為653.07K。此時(shí)等熵效率為90.30％、軸功率為4748.30kW、最