高速球轴承防滑最小轴向力研究

高速球轴承的滚动体受到较大的离心力和陀螺力矩作用,容易产生打滑和剧烈磨损.综合考虑径向载荷、轴向载荷、离心力和陀螺力矩的作用,建立了高速滚动轴承力学模型,并通过弹流润滑牵引力模型和防滑准则,得到了不同位置处滚珠的最大摩擦因数和防止滚珠打滑的最小轴向力.结果显示滚珠与滚道间的最大摩擦因数在一定范围内变化,且最小轴向力随着转速和径向载荷的增加而增加.     

旋转射流钻头的叶轮设计

旋转射流钻头是一种新型高效水力破岩钻头，作为旋流发生器的叶轮，其性能直接影响破岩效果。文中分析了旋转射流钻头的内流场，在此基础上提出叶轮设计目标和要求，证明了对圆柱形叶轮，不存在既无径向流又等旋度的叶轮参数。同时，运用翼型绕流理论，推导出有关叶轮长度，半径，叶片安放角等参数与射流喷嘴直径，扩散角，旋度之间的关系式，分析并确定了叶片工作性能与来流压力的关系式。     

离心压缩机叶轮叶片疲劳断裂故障的数值分析

采用有限元方法计算了离心压缩机叶轮叶片的前14阶模态和离心力作用下的静应力,并采用单向流固耦合方法计算了叶轮叶片在非定常气动力载荷下的等效交变应力．为了节省计算成本,离心叶轮采用满足循环对称条件的单扇区模型．计算结果表明：非定常气动力载荷的主频率落入叶轮叶片第6阶固有频率的共振区,导致在叶轮叶片的前缘附近区域形成局部共振,使该区域的等效应力最大;离心叶轮叶片在离心力和非定常气动力共同作用下形成的交变应力小于工作条件下的屈服应力,不会形成叶片的塑性破坏,但交变载荷的长期作用导致了叶片前缘区域的高周疲劳破坏．预测的叶片应力集中位置和实际断裂位置一致,表明了该方法在工程实践中的有效性．     

旋转射流钻头的叶轮设计

旋转射流钻头是一种新型高效水力破岩钻头，作为旋流发生器的叶轮，其性能直接影响破岩效果．文中分析了旋转射流钻头的内流场，在此基础上提出叶轮设计目标和要求，证明了对圆柱形叶轮，不存在既无径向流又等旋度的叶轮参数．同时，运用翼型绕流理论，推导出有关叶轮长度、半径、叶片安放角等参数与射流喷嘴直径、扩散角、旋度之间的关系式，分析并确定了叶片工作性能与来流压力的关系式．运用实例说明了这些公式的使用以及叶轮段水头损失的估算方法，可为叶轮的设计提供理论指导．     

考虑水压力的混流式转轮振动特性分析

采用CFD技术对混流式水轮机进行全流道流动计算,将流动计算得到的水压力分布以离散点的形式作用于转轮过流表面;考虑离心力的作用并基于有限元技术,对混流式水轮机的整体转轮和单个叶片的振动特性进行了分析,对水压力和旋转离心力联合作用下混流式转轮振动特性的变化进行了研究.结果表明,在不同工况下运行时,水压力和旋转离心力对转轮和叶片的振动特性有不同程度的影响.在工程实际中应对此影响进行分析,为水力机组的稳定运行提供依据.     

一种适用于旋转风机的空气刹车设计

一种适用于垂直轴风机系统的空气刹车,既可绕风机主轴旋转又可自转,通过空气刹车自转角度的变化可以调整风机的旋转速度,保证风机的额定出力并达到过速控制的目的。空气刹车的弧形面板只承受空气阻力、空气动升力的作用,而自转轴承受刹车的自重、空气阻力和动升力联合作用产生的弯矩和剪力,以及空气动力产生的扭矩和旋转离心力产生的拉力的作用,受力形式复杂,其结构设计和强度校核方法与传统的固定式结构有很大差异。通过对空气刹车结构设计进行载荷分析、强度校核,并进行有限元模拟,验证了空气刹车结构设计方案既满足结构强度要求,又满足刹车表面位移渐变、减少空气阻力的要求。     

重力和离心力耦合作用下高速轴径向变形分析

跨距较长的轴在自身载荷作用下产生较大的挠度,进而导致轴高速旋转时离心力沿中线分布不均匀,从而加大了轴的挠度.在重力和离心力耦合作用下,轴端翘起导致轴端与密封件的磨损严重.本文提出了一种利用有限元分析模拟重力和离心力耦合作用下高速轴径向变形的方法,并将其应用于高速轴的设计中.结果表明,在2000 r/min的额定转速下,轴端的径向变形量达到64μm.通过优化轴承的位置,使轴端的径向变形量下降为1.8μm,有效的降低了密封件的磨损.最后,利用模态分析,发现改进设计后轴的额定转速有效的避开了其各阶临界转速.     

旋转矩形通道内湍流流动与换热的直接数值模拟

对旋转矩形通道内的湍流流动和换热进行了直接数值模拟.非稳态N-S方程的空间离散采用二阶中心差分法,时间推进采用二阶显式Adams-Bashforth格式.分析了旋转对通道截面上主流平均速度、截面流速以及截面平均温度的影响,结果表明:在不考虑离心力的作用时,随旋转数的增大,管道截面的平均速度减小,平均湍动能减小,与静止时相比,旋转数为1.5时平均湍动能减小了33%;在考虑离心力的影响时,对于径向旋转轴向出流,平均速度增大,平均湍动能增大,而对于径向旋转轴向入流,结果相反.在旋转数为1.5时,与不考虑浮升力相比,对于径向旋转轴向出流,平均湍动能增大了17%,而对于径向旋转轴向入流,平均湍动能减小了43%.     

根部连接刚度对旋转叶片振动特性的影响

以一个扭型、变截面旋转叶片为研究对象,基于ANSYS有限元软件,采用变厚度的壳单元建立了叶片的有限元模型,并与实体单元进行对比;通过二者的固有频率和振型来验证本建模方法的准确性.随后分析了在离心刚化、旋转软化效应和科氏力共同作用下,径向连接刚度对叶片动频特性的影响,以及在离心力和气动力共同作用下径向连接刚度对叶片幅频响应的影响.研究结果表明,较小的径向刚度会产生刚体振型,且响应主要集中在低频段;中等径向刚度会产生一些耦合振型,响应集中在高频段;大的径向刚度接近固支情况,响应幅值较前二者小.     

有壁均匀切交流中马蹄涡发展的数值模拟

从Ｎａｖｉｅｒ—Ｓｔｏｋｅｓ方程出发．应用渐近衔接方法研究了马蹄涡在均匀切变流中的发展。在外层，用涡方法模拟了上抛和下扫两种马蹄涡的发展过程，初步地探讨了有壁切交流中马蹄涡的相干性。例如发现两种渴都向基本流的第一主变形率方向偏转，不断受到拉伸而增强等等。在内层，通过直接求解Ｓｔｏｋｅｓ方程而得到流场的发展过程，发现在外层扰动作用下，内层有新的涡产生并且随其厚度增加而缓缓升起。数值计算的结果与已有的流场显示结果相一致，从而说明涡动力学方法在研究切变层的拟序结构中是有效的。     

叶片进口几何形状对核主泵空化流动特性的影响

为研究叶片进口几何形状对核主泵水力性能以及空化性能的影响,基于连续性方程、雷诺时均N-S方程和RNG k-ε湍流模型,对4种不同叶片进口几何形状的核主泵模型泵进行全流场空化模拟,得出不同叶片进口几何形状对核主泵外特性以及空化性能的影响规律.结果表明:叶片进口边减薄,使叶片进口对流体的排挤作用减弱,改善了叶片对进口流动条件改变的适应性,减小了叶片进口处的流动损失,提高了效率.另外,增大叶片进口边圆角,进口减薄程度加剧,使进口处过流断面面积增大,流速降低,进而导致压力增大,且低压区逐渐向叶片出口移动,在发生空化时,气泡对叶片进口相对流动角影响逐渐变小.同时,随着叶片进口减薄程度的加剧,叶片进口更加接近流线型,液体绕流叶片头部时产生冲击减小,使叶片吸力面前盖板处最低压力有所增大.     

导叶周向位置对核主泵叶轮径向力的影响

基于多重参考系下的雷诺时均N-S方程和RNGk-ε湍流模型,对核主泵导叶在不同周向位置缩比模型的内部流动进行全三维非定常数值计算.分析导叶周向位置对核主泵叶轮径向力的影响,基于数值计算结果表明:导叶位置变化对核主泵能量性能有明显的影响,扬程、效率的最大变化率分别为2.47%、1.52%,扬程和效率的最大值均出现在导叶周向位置角为5°时,说明此时核主泵性能最优;在设计工况下随着导叶周向位置的变化作用在叶轮上的径向力随时间呈周期波动,径向力脉动频率以叶片通过频率为主,其中导叶周向位置在5°时径向力分布比较集中,有利于核主泵的安全运行;导叶处于最佳周向位置时随着流量的变化作用在叶轮上的径向力先减小后增大.在非设计工况下,作用在叶轮上的径向力分布随机性较强,故在设计工况下可以降低核主泵在运行过程中的振动.     

静电陀螺仪长球形空心铍转子的优化设计

从圆球形空心铍转子分别受径向拉力和离心力的径向变形分析入手,利用径向拉力构造了两极直径大、赤道直径小的长球形空心铍转子,并应用误差独立作用与合成原理构建了受径向拉力和离心力的径向综合变形解析计算公式。根据综合变形解析计算公式,建立了长球形空心铍转子以径向综合变形最小化为目标和以赤道壁厚、极点壁厚、环境压力、工作转速为设计变量的优化数学模型。最后,给出了长球形空心铍转子优化设计示例。     

绕板式高压容器的应力分析

将绕板式容器看作是内筒、层筒及保护筒三者的组合体,并把绕板层筒视为一正交各向异性材料的整体筒,绕板层内部间隙和滑移引起的附加应变等效为层筒弹性系数的变化,通过理论分析与推导,得到层筒径向应力的求解方程。对一内直径为605mm绕板容器进行了应力数值计算、电测应力和爆破试验,计算值与实测值符合较好,误差小于2.7%,远比按单层简体计算精确。     

静电陀螺仪长球形空心铍转子的优化设计

从圆球形空心铍转子分别受径向拉力和离心力的径向变形分析入手,利用径向拉力构造了两极直径大、赤道直径小的长球形空心铍转子,并应用误差独立作用与合成原理构建了受径向拉力和离心力的径向综合变形解析计算公式.根据综合变形解析计算公式,建立了长球形空心铍转子以径向综合变形最小化为目标和以赤道壁厚、极点壁厚、环境压力、工作转速为设计变量的优化数学模型.最后,给出了长球形空心铍转子优化设计示例.     

基于水力设计的轴流泵叶片的三维建模方法

在实际设计轴流泵叶片时常采用圆柱层间无关性假设,设计被简化为平面直列叶栅的绕流命题,由二维设计结果无法直接检查叶片几何形态.在简要说明轴流泵水力设计原理及过程的基础上,通过实例介绍直接应用叶片水力设计结果与数据,包括对叶片几何形态有控制作用的等高线,实现叶片三维建模的思路和方法.采用该方法获得的叶片三维模型将真实准确地反映设计叶片的真实几何形状,与已报道的一些轴流叶片建模原理及过程有重大区别.可以提高最终成型叶片压力面和吸力面的光滑性,改进和提升叶片水力和空化性能.     

带上水线拉索绕流场的大涡模拟研究

针对带上水线的拉索模型,采用大涡模拟方法研究了水线和拉索的气动性能与绕流场流态之间的内在关系.结果表明,带水线拉索的绕流场呈现三种不同的流态结构.当上水线位于0°~50°时,水线对拉索绕流场的影响不大;当上水线位于50°~70°时,拉索上表面剪切层在上水线上分离后会再附着在拉索表面形成分离泡,并使拉索上表面受到很大的局部负压作用;当水线处在70°~90°时,凸起的上水线会导致上侧剪切层分离后远离拉索上表面.分离泡在拉索上表面周期性地出现和消失是斜拉索风雨激振的主要原因.     

压电智能板的稳定性与可控性分析

从能量角度对粘贴有压电传感层与致动层的智能层板的稳定性与可控性作了理论分析，导出了反映智能板能量变化与外加控制电压之间关系的功率流的表达式，并在此基础上，得到了几个有关智能板控制系统稳定性的性质，分析了用整块致动层并施加均布电压来对板进行控制时矩形板的几种不可控情况，并讨论了压电致动层的分块对板可控性的改进作用。     

径流式叶轮的设计方法

一元流方法是径流式叶轮设计的基础.本文论述用一元流方法设计径流式叶轮高次和二次圆柱抛物面叶型的单弯形径向叶片及用于近代涡轮叶轮的二次圆柱抛物面叶型的双弯形径向叶片的设计方法和步骤,讨论压气机叶轮进口扩张角的计算方法及进口扩张角较小的径向偏斜式叶轮的设计方法;提出了用一元流方法.计算弯曲叶片槽道截面积的计算方法及叶轮子午面流道型线的快速逼近作图法.     

串列双方柱气动性能的流场机理研究

采用非定常雷诺平均法和SST k-ω湍流模型,在雷诺数Re=2.2×104时对五种间距串列双方柱的绕流场进行了数值模拟。结果表明：随着间距比的增大,串列方柱的气动性能会发生剧烈变化,其绕流场会经历三种不同流态：间距比为S/B=1.2时,下游方柱完全被上游方柱的分离剪切层包裹,流场呈现单一钝体流态;S/B=1.5和2时,在上游方柱上分离的剪切层会再附在下游方柱侧面,流场呈现剪切层再附流态,并在两个方柱之间形成强烈的回流区;S/B=3和4时,两个方柱的尾流中都会形成规则的涡街,流场呈现双涡脱流态,此时上游方柱的旋涡会与下游方柱发生复杂的相互作用,造成下游方柱受到很大的脉动风压作用。