汽輪機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，汽輪機通流改造得到了蓬勃發(fā)展。本文對國產125MW汽輪機高壓缸末級葉片進行了數值模擬，分析了端部二次流的產生原因，提出了利用彎扭葉片減少二次流的措施，對改進后的彎扭葉片進行流固耦合分析驗證其綜合性能，并利用Workbench平臺對彎扭葉片的操作參數進行了優(yōu)化設計。主要內容如下:
　　(1)通過對國產125MW汽輪機高壓缸末級葉柵的三維模擬與驗證，最終確定網格數量為70萬;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)通過對原始葉片流道的模擬分析，提出了彎曲葉片改進二次流的主要措施，比較了四種彎曲葉片，發(fā)現彎曲角度為10度時效果最好，然后按照噴嘴等截面、動葉連續(xù)流設計出改進后的彎扭葉片，數值模擬結果表明，改進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彎扭葉片進行了分析計算，并與不考慮流固耦合的常規(guī)分析方法進行了對比，計算結果表明流固耦合時葉片最大應力為249.97MPa，常規(guī)分析時葉片最大應力為225.33MPa，流固耦合分析的最大應力更接近于實際情況，根據這個結果設計的葉片安全系數更高。在此基礎上進行了模態(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)現預應力的存在加強了葉片整體的剛度，有預應力的振動頻率比無預應力的振動頻率整體上偏大。
　　(4)利用Workbench集成軟件平臺對改進后葉片的操作參數進行優(yōu)化設計，從1000個樣本點中選出的最優(yōu)工況點:進口角度為75.17°、進口流量為1.4396kg/s、出口壓力為2.43MPa、進口溫度為653.07K。此時等熵效率為90.30％、軸功率為4748.30kW、最