随着人民生活水平的提高,电网峰谷差越来越大,大型火电机组要经常承担深度调峰的任务,从而导致末级动叶片经常处在小容积流量的工况下,这对机组的效率和安全性造成了巨大的影响。为了研究末级动叶片处在小容积流量下流场的特性、叶片附近区域的气动性能,建立全三维的数值模拟方法,分析了蒸汽的脱流机理,对处在小容积流量下动叶片引起颤振进行了理论分析,分析结果对提高机组安全性具有重要的意义。物理建模软件为slidworks,网格划分的软件为ICEM,网格类型为非结构化网格,模拟分析软件为FLUENT,采用标准的k-ε湍流模型封闭的N-S方程组,以亚临界的600MW的汽轮机末级1000mm动叶片为研究对象进行理论分析和数值模拟。对动叶片进行三维的实体建模、网格生成,通过改变入口流量对汽轮机末级动叶片进行模拟分析,讨论了相对容积流量的改变下蒸汽在叶顶、叶根、叶身以及受力面、背压面通道内的流动情况,结果表明:通过级的相对容积流量减小到一半,叶片附近的流场整体开始出现紊乱的趋势;随着相对容积流量减小到40%,叶片底部的静压急剧身高,沿叶片表面的蒸汽流线已完全脱离,并在叶片顶部及叶身附近开始形成涡流团。对动叶片进行数值上及有限元模态自振频率的理论分析,给出了一种对叶片自振频率的计算过程,再以能量法为出发点,对叶片的振动特性以及非定常流动下的动应力等方面进行了分析。结果表明:汽轮机末级叶片在小容积流量工况下动应力突增的原因,是相对容积流量减小到40%以下时形成小涡流的一种自激振动,使得叶片产生了失速颤振。