水泵水轮机转轮全三维逆向设计方法

为研究可逆机转轮的设计方法,提出了按水泵给定流道参数和转数,从水轮机方向计算叶型的全三维逆向设计方法。对高水头水泵水轮机转轮进行了全三维设计,并对所设计的转轮用三维湍流数值模型进行了性能预估。结果表明全三维逆向设计方法是可行的,设计方法有较好的可控性。由于在设计中综合考虑了水泵和水轮机的双向流动特性,设计转轮有较好的效率。     

三维湍流流动计算方法在中小型混流式转轮增容改造中的应用

针对新疆某电站水轮机转轮增容改造 ,基于 k-ε模型的全三维湍流计算技术在流动计算中的应用 ,给出了混流式转轮在贴体坐标系下的湍流计算的基本方程组 .应用该方法编制的程序对该电站水轮机转轮进行了优化后的主要流动计算 ,并设计制造出了新转轮 .经实际运行验证 ,达到了预期性能 ,效果很好 .     

带分流叶片水泵水轮机特殊工况内部流场特性

基于国内某抽水蓄能电站建立的水力模型并结合该模型试验报告,采用SSTk-ω模型计算带分流叶片水泵水轮机7.5°导叶开度下零流量工况附近的制动工况和反水泵工况,进行定常和非定常数值模拟,研究其内部流场压力分布、速度流线分布及径向力分布规律.结果表明:计算流体动力学数值计算可以很好地模拟分析带分流叶片水泵水轮机的内部流场特性;制动工况下的流态很差,涡结构充满整个流道引起水流拥堵且成不对称分布;反水泵工况导叶和转轮出现了严重的流动分离,水流在叶片中上游发生冲击;分流叶片的存在减小了负压区域,降低了汽蚀现象发生的可能性,有助于水轮机内部水流流动更加平稳;带分流叶片水泵水轮机的径向力在一个周期内的变化规律与转轮叶片数强关联,峰谷值个数与叶片数相对应.     

用代数应力紊流模型预估水轮机转轮内部三维流场

以三峡水轮机组转轮内部流动研究为背景,基于雷诺时均方程和代数应力紊流模型,采用贴体坐标和交错网络系统,用ＳＩＭＰＬＥＣ算法对一比转速为２４０的混流式水轮机模型转轮内部三维紊流进行了数值模拟,得出了设计工况的流场特性,并初步分析了转轮的汽蚀和能量特性。结果表明,研制的程序可作为水轮机组转轮内部流场分析、数值试验和性能预估的工具。计算结果可为改进和优化转轮设计提供有益的参考资料。     

贯流式水轮机桨叶涡动力学优化设计

为了优化贯流式水轮机桨叶的叶型,引入边界涡量动力学理论。对初始设计的导叶和桨叶叶型进行全流道三维湍流模拟,分析了桨叶表面上边界涡量流分布状态,找到了局部流动不良的部位。通过调整设计中给定的速度矩分布规律,对桨叶叶型进行优化。叶型改进后,桨叶轮毂附近和进口边附近边界涡量流分布明显改善,转轮效率提高。计算表明:桨叶表面上边界涡量流分布状态更有效地反映了转轮的流动性能,能够为叶型优化提供可靠的依据。     

基于CFD灯泡混流式水轮机转轮水力设计的研究

将混流式水轮机的转轮应用于灯泡式机组中,介绍了这种灯泡混流式水轮机的基本原理,并采用CFD软件辅助进行了流网划分、流线绘制、轴面速度的计算及其曲线的绘制.在模拟内部流场的基础上,对90米水头段的转轮进行了水力设计与转轮型线的绘制,为水轮机转轮的水力设计提供了进一步的研究方法.     

CFD和CAD在水力转轮研制中的联合应用

针对轴流式水轮机转轮的研制,基于计算机辅助设计CAD和计算流体动力学CFD的联合应用,本文经过对水轮机转轮进行了大量的CAD和CFD迭代设计计算,其中CFD采用标准K-ε湍流模型,对转轮内部流动进行了流场和压力场的比较分析,最后优化设计了一轴流式转轮,结果表明CFD和CAD联合应用是转轮的现代设计强有力的工具。     

提高设计过程对转轮性能的可控制程度

提出了可考虑来流有旋、叶片厚度影响及转轮内部流动的三维性的反问题控制方程和计算方法。在这种方法中给定转轮轴面的环量分布，相应的流场和叶片由迭代计算得到。通过该方法和其他计算方法得到的结果的比较说明：该方法得到的叶片可实现事先给定的环量分布，得到的流场可用来进行计算空蚀系数，并为效率估算打下了基础，从而可提高设计过程对转轮性能的可控制程度     

水泵水轮机导叶开启瞬态过程数值分析

基于滑移网格和动态网格相结合的思想,实现水泵水轮机二维模型在转轮区转速增大和活动导叶开启共同作用下引起的瞬变流场的数值模拟,得到速度、压强随时间的瞬态变化规律,探讨水泵水轮机导叶开启过程的流场特性;对预开一对导叶下的启动过程进行模拟,分析导叶区域的内部流场瞬态演化过程.结果表明:导叶开启过程中叶片对导叶区域的干涉作用由强变弱,速度分布的均匀性和周向对称性逐渐提高;设置预开一对导叶后,破坏了初始阶段流动的对称性,导致流动的不稳定性增强,活动导叶与转轮之间的压强波动幅度增大,对机组运行的稳定性有一定影响.     

基于圆柱面的高负荷叶型设计方法研究

与平面相比,圆柱面能更好地近似涡轮通道内流体流动的路径.因在圆柱面上定义、修改叶型的需要,发展了一种新的三维叶型设计方法.同时探讨了不同于传统二维平面叶栅流场计算方法的三维曲面叶栅流场计算方法.设计与数值模拟结果表明,该方法能快速、高效、可靠地设计出理想的叶型.     

基于涡动力学的可逆转轮双向流动诊断及优化设计

为了诊断可逆转轮的三维流场,引入局部涡动力学诊断方法,从叶片对流体做功能力分析过流部件的设计状况。通过对沿流线的截面上总压流的分解,找到对总压流产生不良影响的动力学根源和位置。根据诊断结果,通过在设计中改变叶片的环量分布,对可逆转轮进行了改进,提高了转轮的效率和气蚀性能。可逆转轮数值实验结果表明:在水泵工况,改进前后的转轮效率分别为91.3%和92.1%;在水轮机工况,改进前后的转轮效率分别为91.9%和92.4%;改进后气蚀因数降低了0.012。     

基于涡动力学的可逆转轮双向流动诊断及优化设计

为了诊断可逆转轮的三维流场,引入局部涡动力学诊断方法,从叶片对流体做功能力分析过流部件的设计状况。通过对沿流线的截面上总压流的分解,找到对总压流产生不良影响的动力学根源和位置。根据诊断结果,通过在设计中改变叶片的环量分布,对可逆转轮进行了改进,提高了转轮的效率和气蚀性能。可逆转轮数值实验结果表明:在水泵工况,改进前后的转轮效率分别为91.3%和92.1%;在水轮机工况,改进前后的转轮效率分别为91.9%和92.4%;改进后气蚀系数降低了0.012。     

一种机械增压器的逆向改型设计

本文为了增加某高原重载车采用的机械增压器流量,提出了一种叶轮改型设计方法。该方法将叶轮叶片型线沿流动方向分为两段,靠进口的一段保持不变,靠出口的一段则根据叶片出口角度,将叶片扭转角度作为均布载荷,保证在叶轮径向方向上,叶轮型线的几何角度增加速度相等。利用该方法,本文完成了不同叶片出口角的叶轮设计,并建立了有限元计算模型。计算结果表明,当增大叶片出口角度,机械增压器流量会显著提高,但是当出口角度大于90°,流量增加不明显,且压比对流量变化很敏感,叶片载荷增加。     

孔型及倾斜角对穿孔叶片气动和噪声特性的影响

针对叶片尾缘穿孔对气动及噪声特性的影响,基于NACA65019叶片,在雷诺数Re=2×105条件下,采用大涡模拟和FW-H方法研究孔型和倾斜角对叶片气动特性、绕流流场和噪声特性的影响规律,并选择降噪效果较好的穿孔模型应用到小型轴流风机上,对穿孔风机进行试验。结果表明：当穿孔倾斜角为30°时,在一定攻角范围内(α≤10°),圆柱型穿孔叶片气动性能最接近原始叶片,并且该穿孔叶片总声压级降低可达9 dB。这是由于穿孔叶片有效抑制了涡量沿叶片表面法向的发展,加速了尾缘涡沿流动方向的能量衰减,且穿孔形成的射流使大尺度的涡破碎形成小尺度的涡,衰减波动力,降低了气动噪声。     

双向贯流泵导叶设置与原动机布置的研究

根据双向贯流泵具有在正、反向工作时效率都不能太低，而导叶布置的位置，导叶进、出口安放角和叶栅稠密度等因素对泵出流流态变化产生影响，进而影响到泵的效率的提高这样一些特点，通过单、双向贯流泵性能试验的对比分析，得出了“S”形双向惯流泵设置后导叶能显著提高泵的效率以及原动机布置在进水侧较为有利的结论。     

掠形叶片轴流风机涡流噪声的研究

通过将掠形叶片沿径向分为N个叶元体,推导了第k叶元体与气流相互作用诱发的叶元体尾缘涡流噪声模型与轴流风机的涡流脱落声学模型,通过实验验证了理论模型的正确性,并分析了叶轮结构参数与涡流脱落噪声的关系．     

涡轮导向叶片热冲击双向耦合数值研究

航空发动机涡轮导向叶片热冲击过程是一个典型的固体变形场、温度场和流场三场耦合作用问题,工况复杂。基于流固热耦合理论,求解一维平板模型热弹性解析解;并进行数值模拟和对比分析,验证了双向耦合方法的有效性。应用建立的双向耦合方法对某涡轮导向叶片热冲击过程进行数值模拟,得到了涡轮导向叶片表面温度及热应力分布规律。研究表明,提出的双向耦合方法可以有效地预测涡轮导向叶片的温度及应力分布规律,计算温度与试验误差小于5%;应力集中处与试验中叶片破坏区域一致。研究对航空发动机涡轮叶片热冲击过程数值模拟提供了有效方法。     

轮廓度与扭转角偏差对压气机气动性能的影响

压气机叶片实际加工过程中,会出现叶片轮廓度、扭转角等加工超差,对压气机气动性能产生影响。采用S1流面计算和三维数值计算的方法分别研究了轮廓度及扭转角偏差对亚音速压气机气动性能的影响,计算结果表明:轮廓度增大,叶型最小损失值增大;堵点流量逐渐降低,轮廓度为0. 08 mm时,堵点流量减小了1%;峰值效率逐渐降低,但降低幅度较小。扭转角偏差对性能的影响来自于前缘偏转对进口喉道面积与尾缘偏转对叶片出口气流角的改变;扭转角偏差对叶型最小损失值影响不大,±0. 35°扭转角偏差范围对叶片的低损失攻角范围影响较小;扭转角向前缘打开方向增大,流量-压比特性线向右上方平移;扭转角向前缘关闭方向增大,流量-压比特性线向左下方平移;扭转角偏差0. 35°,最大流量减小了0. 67%;扭转角偏差对峰值效率点的影响微弱。     

基于奇点分布法的涡轮钻具叶型设计

在高速及小直径涡轮钻具的叶型设计中,采用常规方法难得到令人满意的叶型,而采用奇点分布法来设计涡轮钻具叶型是值得尝试的。根据奇点分布法的设计流程,首先计算了涡轮钻具叶栅的叶片数、绕翼型环量、无穷远处均匀来流速度。其次,选取环量密度分布规律,设计了涡轮钻具的叶型骨线,并采用六次多项式对叶型骨线进行光滑。再次,根据翼型库中翼型的表达方式,研究了沿叶型骨线加厚叶型的方法,得到了有厚叶型,并确定了厚度圆与叶片吸力面和压力面型线的切点计算方法,提供了叶片在制造时的必需坐标点。最后,根据工程数据,设计了某型涡轮钻具的叶型,采用CFD软件对其叶型进行了流场仿真。仿真结果表明叶型性能优良,证明了奇点分布法在涡轮钻具叶型设计中的可行性,特别是对设计高速涡轮钻具更是一种行之有效的方法。     

基于叶素-动量理论的冷却风扇风量计算方法

将风力机经典叶素-动量理论应用于车用轴流式冷却风扇,建立了冷却风扇几何参数、风扇转速与风量的关系理论模型.该模型根据冷却风扇与风力机能量转换的差异,对经典叶素-动量在叶素载荷方向、出入口边界条件等方面进行了修正.随后,基于实验测量和计算流体力学的方法对风扇风量理论计算模型进行了验证.结果表明,风扇风量的理论计算方法不仅能够反映风量随风扇转速的变化规律,且具备较高的计算精度.在该模型中,理论算法与实验结果的平均相对误差为3.57%,与计算流体力学所得结果的平均相对误差为5.03%.