预旋对燃气涡轮排气蜗壳气动性能影响的数值研究

采用数值求解三维RANS和Realizable k-ε湍流模型的方法对排气蜗壳进行计算,探究燃气涡轮末级叶片造成的进气预旋对排气蜗壳气动性能的影响。数值模拟的排气蜗壳静压恢复系数与实验数据吻合良好。文中研究模型的导叶轴向位置固定,通过改变导叶的偏转角获得排气蜗壳测量段不同的进气预旋,进而研究了7种进气预旋和6种进气流量下,支撑板与导叶在两种不同轴向间距下的排气蜗壳气动性能和流场特性。研究结果表明:在进气预旋为0.354 9时,排气涡壳的静压恢复系数达到最大值,这是进出口动压差和总压损失随进气预旋变化的综合结果;超过该进气预旋后,静压恢复系数迅速下降,这是由于此时在支撑板附近产生严重流动分离,总压损失急剧增加所导致;增加支撑板与导叶之间的轴向间距,在预旋小于0.354 9的工况下能够提高排气蜗壳的静压恢复系数,在预旋大于0.233 8的工况下能够减弱尾缘附近涡系结构,从而减小排气蜗壳的总压损失系数,但也会由于支撑板尾缘到出口距离缩短导致流动发展不充分,从而减弱排气蜗壳出口截面的流场均匀性;支撑板与导叶在两种轴向间距下,总压损失系数均随进气流量的增加呈现降低的趋势。研究工作可为燃气涡轮排气蜗壳设计提供参考。     

核电站三级循环混流泵的三维湍流数值模拟

针对某在建核电站三级循环给水混流泵在多工况下高效率运行的要求,基于雷诺时均N-S方程、标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法,对叶轮及蜗壳内部流场进行数值模拟,并预测其性能曲线.在清水实验台上进行性能测试, 实验结果表明数值计算与试验结果吻合较好,但数值模拟和试验结果均显示该样机效率不达标,可以通过增大蜗壳断面面积以及减小叶片进口冲角进一步提高整机效率.     

横向间距和截面形状对汽轮机切向进气蜗壳气动性能的影响

为了降低蜗壳总压损失并提高出口气流均匀性,对影响切向进汽蜗壳的气动特性和流场形态的因素进行了研究。采用数值方法求解了三维RANS方程和SST湍流模型,分析了横向间距和截面形状对汽轮机切向进气蜗壳气动性能的影响。数值模拟得到的部分切向进气蜗壳的质量流量和出口马赫数与实验测量数据一致,验证了数值方法的可靠性。对比分析了不同进口总压下5种切向进气蜗壳耦合静叶结构的气动性能参数和流场型态,结果表明:5种进气蜗壳耦合静叶结构的出口气流角基本不随进气总压的增加而改变;5种进气蜗壳耦合静叶结构的总压损失系数和质量流量会随着进气总压的增加而增加;进气蜗壳出口气流角随着横向间距的增加而增加,圆特征截面进气蜗壳出口气流角大于类多边形特征截面进气蜗壳的;随着横向间距的增加,5种进气蜗壳耦合静叶结构的蜗壳总压损失系数增加,静叶总压损失系数减小,进气蜗壳耦合静叶结构的总压损失系数先减小后增加;进气蜗壳截面形状对总压损失系数的影响明显大于横向间距的,类多边形特征截面蜗壳的总压损失系数明显大于圆特征截面蜗壳的;静叶出口气流角几乎不受横向间距和特征截面的影响;圆特征截面切向进气蜗壳耦合静叶结构具有最低的总压损失系数,圆特征截面完全切向进气蜗壳耦合静叶结构在蜗壳出口具有最佳的出口气流角周向分布均匀性。     

前向离心风机蜗壳出口结构的数值优化

对某前向离心风机内部三维非定常流动进行了数值计算,重点研究了蜗壳出口的3个结构参数--蜗壳出口扩张角、叶轮的露出长度以及蜗舌间隙对风机气动性能及气动噪声的综合影响.通过响应面方法对数值结果进行二次回归拟合,得到3个结构参数与风机效率和A声级间的函数关系,并进行了优化分析.数值结果表明:叶轮露出长度和蜗舌间隙对风机效率和A声级影响较为显著,通过优化能够在保持风机效率基本不变的情况下使A声级降低9.4 dB.将可靠的CFD数值技术与响应面方法结合起来用于指导离心风机的改进及试验设计是可行的.     

汽轮机切向进气蜗壳气动性能研究

采用实验测量和数值模拟的方法,研究了单独切向进气蜗壳和切向进气蜗壳耦合静叶结构的气动性能和流场特性。实验测量了3种出口马赫数下的单独切向进气蜗壳和4种进出口压比下的切向进气蜗壳耦合静叶结构的总压损失系数、出口气流角、质量流量。采用数值求解三维RANS和SST湍流模型分析了实验测量的切向进气蜗壳的流场形态。数值模拟得到的气动参数值与实验值吻合良好,验证了数值方法的可靠性。结果表明:单独切向进气蜗壳与切向进气蜗壳耦合静叶结构的出口气流角的分布与大小基本上不随进气总压的增加而改变,出口气流角在152.0°左右,切向进气蜗壳耦合静叶结构的出口气流角在166.6°左右;与单独切向进气蜗壳相比,切向进气蜗壳耦合静叶结构的出口气流角沿周向的分布更为均匀;单独切向进气蜗壳和切向进气蜗壳耦合静叶结构的总压损失系数和质量流量随着进气总压的增加而增加,单独切向进气蜗壳的总压损失系数由0.73%增加到1.64%,切向进气蜗壳耦合静叶结构的总压损失系数由0.82%增加到2.66%。研究工作可为汽轮机切向进气蜗壳的设计和性能分析提供参考。     

蜗壳截面尺寸对气动性能影响研究

针对压缩空气储能系统中某闭式向心涡轮,设计不同截面尺寸的矩形截面有叶蜗壳,采用CFD(computational fluiddynamies)方法对带蜗壳的向心涡轮进行整级全周数值计算,研究蜗壳截面尺寸对向心涡轮性能的影响.结果表明,当蜗壳无量纲气动尺寸S1小于0.2时,随着S1的增加向心涡轮性能得到提高并且性能提高的速率逐渐减小;当S1大于0.2后,随着S1的增大向心涡轮的性能保持不变或者略有下降;与所研究用向心涡轮相匹配的蜗壳最优无量纲气动尺寸接近0.2,而蜗壳截面宽度B的变化对向心涡轮性能没有明显影响.通过对向心涡轮压力损失及内部流场的详细对比分析,揭示了S1及B对向心涡轮影响的机理,为向心涡轮的设计和优化提供一定的参考.     

两种轴向蜗壳内部流动的数值分析

采用三维雷诺时均NS方程和标准kε湍流模型,对包含叶轮、无叶扩压器与轴向蜗壳于一体的子午加速风机进行了整机全流道的数值模拟.比较了这两种不同结构的蜗壳的内流特性.计算结果表明,非对称圆蜗壳在周向可以获得更加均匀的气流分布,整个流动过程中流动损失较小,对流动更为有利.这一结果对不同蜗壳的选择以及蜗壳的改善提供了参考.     

蜗壳出口位置对低比转速离心泵性能的影响

为了研究蜗壳出口位置对低比转速离心泵性能的影响,在保证蜗壳基圆、前八断面面积及形状、蜗壳出口直径和中心高相同的前提下,改变蜗壳出口位置,分别设计出A、B、C三种型号蜗壳.以清水为介质,基于雷诺平均法、RNG k-ε湍流模型,对比转速为46的离心泵进行数值计算.结果表明:三种不同出口位置情形时离心泵的外特性变化趋势基本一致,但最高效率值有所不同,在各个工况点,C型的效率均高于A、B型,且三者的高效区均向大工况偏移;三种型号蜗壳的离心泵,在各自相应工况下,叶轮进口处的静压分布、湍动能分布和流线分布大致相同,而叶轮出口及蜗壳流道中三者的变化较大,表明改变蜗壳出口位置对叶轮进口处内流场的影响较小,主要影响叶轮出口及蜗壳流道中内流场的变化.     

并联管组流动特性的数值模拟

利用FLUENT软件,对并联管组流动特性进行数值模拟,并与实验结果进行了对比.数值模拟计算分析了进口流量和支管长度对流量分配的影响.在湍流的状态下,为了使流量分配得更加均匀,可以尽量减小进口速度,增加支管长度.     

支撑板构型提升燃气轮机排气扩压器气动性能研究

为提升排气扩压器的气动性能,基于燃气轮机排气扩压器典型支撑板结构,提出了带有弯度的直列支撑板(结构B)和弯扭支撑板(结构C)2种新构型支撑板。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)的方法研究了2种新构型支撑板在4种进气预旋下对排气扩压器气动性能的影响。基于安装典型结构支撑板的排气扩压器的实验测量数据,验证了数值方法的有效性。研究表明：进气预旋为0.35和0.48时,3种不同形状支撑板对排气扩压器总压损失系数没有产生明显的影响,但由于结构B支撑板附近的分离流对出口流动结构影响更大,使得动压系数显著降低,进而导致静压恢复系数下降。结构C支撑板则没有对排气扩压器的静压恢复系数产生明显影响。随着进气预旋增加,结构B和结构C支撑板显著减弱了轮毂附近的角区分离流,使得总压损失系数下降的同时,动压系数有所增加。相比于原始结构支撑板,结构B和结构C支撑板在进气预旋为0.64和0.89时显著增大了排气扩压器的静压恢复系数,其中结构C支撑板将静压恢复系数分别提升16%和23%。所提出的结构C支撑板能够有效提高大进气预旋下排气扩压器的气动性能,有效拓宽了排...     

汽车空调系统离心风机气动噪声数值计算

将Lighthill方程转化为变分形式,考虑声传播在复杂固壁内的反射,折射等,利用有限元方法对某汽车空调系统离心风机气动噪声进行了数值计算.也采用积分方法对其气动噪声进行了计算,此方法采用自由空间格林函数,在求解远场声辐射问题时将其简化为自由空间问题.首先建立离心风机CFD计算网格,通过离散涡模拟计算了离心风机内部非定常流动,通过涡量云图、声功率云图及各处的压力波动曲线分析出主要噪声源为叶片压力面及蜗舌前后部;然后建立气动声学有限元计算模型,分为考虑蜗壳和不考虑蜗壳的情况,计算离心风机辐射噪声.有限元计算结果与积分法计算结果的对比表明:用格林函数的积分解法进行计算时,其所做的简化导致结果产生较大误差,气动声学的有限元计算方法与实际吻合较好.     

改变蜗壳宽度对离心风机气动噪声影响的数值计算与试验研究

采用基于非定常流场的离心风机气动噪声源数值分析方法,定性分析了改变蜗壳宽度对T9—19No．6．3A离心风机偶极子声源强度的影响．数值计算表明：随着蜗壳宽度的增加,该风机主要的偶极子声源强度逐渐降低．以数值分析为指导,在改变蜗壳宽度的情况下对T9—19No．6．3A离心风机的气动性能和噪声特性进行了试验测量．试验结果表明：在整个变工况范围内,与原风机相比,随着蜗壳宽度的增加,风机的气动性能有所提高,风机的基频噪声有不同程度的降低,在高效点A声级降低了约3—5dB,而涡流噪声有所增大,但在常用的大流量和中流量工况范围内,风机的噪声特性有所改善．     

向心涡轮蜗壳截面尺寸对气动性能的影响

针对压缩空气储能系统中某闭式向心涡轮,设计不同截面尺寸的矩形截面有叶蜗壳,采用CFD(computational fluid dynamics)方法对带蜗壳的向心涡轮进行整级全周数值计算,研究蜗壳截面尺寸对向心涡轮性能的影响。结果表明,当蜗壳无量纲气动尺寸S1小于0.2时,随着S1的增加向心涡轮性能得到提高并且性能提高的速率逐渐减小;当S1大于0.2后,随着S1的增大向心涡轮的性能保持不变或者略有下降;与所研究用向心涡轮相匹配的蜗壳最优无量纲气动尺寸接近0.2,而蜗壳截面宽度B的变化对向心涡轮性能没有明显影响。通过对向心涡轮压力损失及内部流场的详细对比分析,揭示了S1及B对向心涡轮影响的机理,为向心涡轮的设计和优化提供一定的参考。     

离心风机气动噪声的数值预测

介绍了一种开口薄壳体边界元方法,该方法的系数矩阵小于以前的方法,能够降低计算成本.将该方法应用在离心风机的噪声预测中并考虑了蜗壳对声波反射和散射的影响.首先利用RANS方程和标准k-ε模型求解离心风机内部的非定常流动,获得声源项信息,然后采用快速傅里叶变换将源项的时域信息转换为频域信息,最后采用开口薄壳体边界元方法预测风机的气动噪声.数值计算和实验测量结果表明,由于该方法考虑了蜗壳反射和散射的影响,对风机基频及其2次谐波的声压级具有较好的预测精度,但对高频声的预测结果仍不是很满意.     

定压二冲程机排气支管内的气动过程及其对内部过程的影响

本文采用线性声波理论对MAN52/105B型机排气支管内的气动过程进行了计算研究,结果表明这段支管内的燃气压力存在波动.这种压力波动在定压增压情况下对柴油机的内部过程有影响,在计算中应计及在内.对该机进行核算,结果与实测值比较吻合.     

蜗壳进口周向来流的非均匀性对其流动影响的数值研究

运用冻结转子方法对离心风机整机流场进行了三维准定常数值模拟,捕捉到了由于蜗壳的非对称性所造成的蜗壳进口非均匀流动现象,揭示了由于进口非均匀来流所导致的蜗壳内的一些特殊流动现象．研究证实了由于蜗壳的非对称性而导致叶轮与蜗壳的相互作用时会引起整个流场非对称的流动特征。     

叶片进口安放角对液力透平性能的影响

针对叶片进口安放角对液力透平性能影响规律认识不足的问题,架设一开式液力透平实验台,对一单级蜗壳式液力透平进行实验研究.采用结构化网格技术对该液力透平进行全流场数值计算与分析,将数值结果与实验结果相结合,验证数值计算的准确性.对不同进口安放角的叶轮进行数值研究.研究结果表明:随着叶片进口安放角的增加,液力透平小流量工况的效率有所下降,大流量工况的效率有所增加;透平的扬程和轴功率随着进口安放角的增加而增加;叶轮内部的功率损失是透平内部主要的功率损失;当叶片安放角增加时,小流量工况的功率损失有所增加,大流量工况下的功率损失有所减小;大流量工况下随着叶轮进口安放角的增加,进口液流冲角逐渐减小,因此,透平在大流量工况下功率损失减小,效率提高.     

基于非线性扩张状态观测器的四面固支板自抗扰振动主动控制

针对四面固支板非线性、强耦合和模型不确定等问题,提出一种基于非线性扩张状态观测器的自抗扰振动主动控制策略.首先通过激光测振仪对四面固支板进行模态分析并建立数学模型,测得其固有频率及振型,以此优化驱动器与传感器的布置位置;然后引入非线性扩张状态观测器对建模误差、高次谐波和外部激励等内外干扰进行估计,并通过前馈通道进行实时补偿,消除其对系统的影响;最后基于压电片驱动器、加速度传感器以及NI PCIe采集卡在Matlab/Simulink的desktop real-time环境中搭建半实物实时平台,对提出的策略进行实验验证.结果表明该方法具有良好的抗干扰能力,对四面固支板结构的振动具有良好的控制效果.     

离心风机蜗壳振动声辐射的定量预测

针对离心风机蜗壳振动产生的声辐射,提出了一种基于边界元分析的声辐射定量预测方法:根据蜗壳声辐射的边界元模型布置振动测点,测量其法向振动的加速度谱;提取加速度谱中峰值较高的基频和旋转频率分量,并将其转换成速度谱后加栽于数值模型的对应节点上,作为声辐射问题的速度边界条件;利用边界元法计算声场及声功率,预测蜗壳振动产生的噪声.结果表明:结构振动声比气动声小很多,相对于风机进出口的气动噪声而言,蜗壳因振动辐射的噪声可以忽略不计;当风机进出口安装消声器后,蜗壳振动的辐射噪声可能成为主要噪声源.基于边界元分析的蜗壳振动辐射噪声定量预测方法也可以应用到其他壳体振动辐射噪声的预测中.     

弯管内气动防磨方法的数值检验及其应用

概述了气动防磨的定义,发展了一种检验弯管内气动防磨方法有效性的数值手段,该检验手段的关键是应用双双流体模型在巾体坐标系下计算弯管内的气固两相流场,提出了两种气动防磨措施并进行了数值检验,结果表明改变弯管进口处颗粒相浓度分布的措施比改变弯管弧度对减少这外壁面磨损更有效。