几何参数变化对离心压气机性能的影响

以某离心压气机为研究对象,依据一维平均流线法计算了不同换算转速下的特性,获得了具有较高参考价值的性能曲线。为了进一步匹配不同换算转速下的几何参数,分别优化分析了叶轮叶片出口角、导流叶片进口预旋角以及叶片扩压器安装角等参数对离心压气机性能的影响。结果表明:后弯叶片角度提高10°,100%转速下压比降低最多达9.9%;90%转速下最高效率降低最多达1.5%。前弯叶片角度提高10°,90%转速下压比提高最多达7.4%;80%转速下效率降低最多达1.4%。进口导流叶片预旋值的调节对设计转速下峰值效率影响不大,其值在以5°为梯度由正到负的变化过程中,压比逐渐升高且较原始值最大改变量多达2.7%。叶片扩压器安装角在±8°为梯度调节时,设计转速下压比最多有2.7%的下降量,峰值效率点变化不明显。     

尾缘开缝透平叶片内流动传热特性研究

采用带转捩的SSTk-ω湍流模型,计算获得了不同来流条件和冷气质量流量比条件下,尾缘开缝透平叶片内的总压损失和传热系数,分析了尾缘开缝结构对叶片表面流动传热性能的影响,并与实验数据进行对比,验证了数值方法的有效性和精度。计算结果表明:与常规叶片相比,尾缘开缝叶片在冷气质量流量比为1.3%、2.6%和5.2%时,叶片吸力面喉部区域压力系数分别增大了0.1、0.15和0.2左右,出口气流角分别增大了0.3°、0.4°和0.5°左右;尾缘开缝结构对叶片表面对流换热系数的影响区域主要位于吸力面喉部下游,与冷气质量流量比为1.3%的工况相比,尾缘开缝叶片在冷气质量流量比为2.6%和5.2%时,叶片尾缘吸力面侧对流换热系数分别增大了3%和5%左右;开缝壁面上压力及对流换热系数均随着冷气质量流量比的增大逐渐增大,但当冷气流量一定时,在不同主流雷诺数条件下,开缝壁面上的对流换热系数基本一致;冷气质量流量比为1.3%和2.6%时,尾缘开缝叶片总压损失比常规叶片高1%左右,当冷气质量流量比为5.2%时,主流总压损失低于常规叶片。     

喷射或抽取气流抑制叶顶密封气流激振的实验研究

针对汽轮机叶片振动导致叶片断裂的问题,提出用喷射或抽取气流的方法来抑制叶顶密封气流激振。在叶片顶部密封装置上设计了带倾角的气流口,用于喷射和抽取气流。实验研究了在叶片顶部喷射或抽取气流对叶片振动的影响。当倾角小于30°时,在叶片顶部喷射气流加剧叶片振动;当倾角大于40°时,喷射气流明显地抑制了叶片振动,叶片振动量随着喷气压力的增加而减小,最低可减至初始振动量的81%。从叶片顶部抽取气流能够减小叶片振动10%以上;对于普通叶片,当抽气口采用正倾角时抽取气流抑制叶片振动的能力比采用负倾角时大;对于带冠叶片,抽取气流抑制叶片振动效果更好,减振能力可达23%,且叶冠宽度较大时减振效果更稳定。     

弯叶片对超声速流动的影响

针对弯叶片可以减少激波损失且作用机理不明的问题,对工业汽轮机中跨声速、超声速流动条件下弯叶栅进行了数值研究,分析了弯叶片对流场结构的影响,并为此设计了叶片弯角分别为0°、±5°、±10°、±15°、±20°、±25°的11种正、反弯角静叶方案,弯叶片弯高为50%展向,叶根与叶顶弯角相同。研究结果表明:弯叶片改变了激波结构,这一作用在不同的超声速条件下是相同的;在压比较大、流量较小的条件下,工业汽轮机采用超声速设计是可行的。弯叶片在超声速条件下可以降低叶栅损失,且存在最优值;相对于亚声速流动,超声速动叶吸力面上的损失减小;11种方案下静叶片正弯设计对动叶压力面影响较小,静叶片反弯设计对动叶压力面与吸力面均有较大影响。该结果可为工业汽轮机超声速设计、研究提供参考。     

搅拌机叶片安装角的确定方法

为提高混凝土的搅拌质量和效率,根据搅拌过程中物料的运动特点,提出了判断叶片安装角合理与否的准则;通过对物料单元的受力分析和叶片前密实核心的定性分析,确定了叶片安装角的合理取值范围,并运用正交试验法,研究了双卧轴搅拌机的叶片安装角与搅拌臂排列形式、拌筒长宽比、叶片个数和搅拌线速度等参数的匹配关系。结果表明:叶片安装角受搅拌机其他结构和运动参数的影响和制约,确定时要综合考虑各参数间的关系,保证物料在拌筒三维方向同时得到均匀搅拌;双卧轴搅拌机叶片安装角的取值范围为31°~45°,其中宽短型的推荐值为35°。     

装配间隙泄漏流对透平端壁冷却影响的实验研究

为了研究叶栅装配间隙泄漏流对透平叶片端壁气膜冷却特性的影响,依据真实重型燃气透平叶片参数,搭建了端壁气膜冷却实验台。采用压力敏感漆技术测量了不同质量流量比和装配间隙角度下端壁的气膜冷却特性,使用压力扫描阀测量了主流进口雷诺数和叶片表面压力分布。通过数值计算模拟了实验叶片装配间隙的流动结构,得到了装配间隙冷气出流质量流量比及射流角度的气膜冷却特性。结果表明：在装配间隙冷气出流质量流量比为0.1%～1.0%的范围内,在相同射流角度下,增加装配间隙质量流量能够提升透平端壁气膜冷却有效度,并增大装配间隙下游出口气膜覆盖面积,冷气质量流量比为1.0%时端壁气膜冷却有效度达到最高。由于叶片端壁表面的压力梯度导致装配间隙出流集中在流道中部及出口位置。在研究的60°～90°射流角范围内,在相同质量流量比下,减小装配间隙射流角度能够有效提升端壁气膜冷却有效度,75°射流角相较于90°垂直入射条件下的气膜冷却有效度增加接近一倍;射流角为60°时端壁气膜冷却有效度达到最高。     

叶栅反推器几何进气角、压比对反推性能的影响

航空发动机叶栅反推器叶型参数与反推效率、流量系数之间的规律对于反推装置的设计具有重要意义。建立了外涵叶栅反推器的轴对称计算模型,给出了内涵计算域的有效处理方法。利用数值模拟手段研究了叶片几何进气角、外涵入口压比的变化对反推效率、流量系数等的影响规律,并将计算结果与可能得到的试验结果的数据点进行了比较。结果表明,计算结果与实验结果吻合。当β1γ小于30°时,随着几何进气角的增加,反推效率快速增加,流量系数则迅速下降;当30°β1γ55°时,反推效率和流量系数随压比的变化都有较大波动;当β1γ大于55°时,继续增大叶片几何进气角β1γ,流量系数和反推效率均大幅下降。反推效率随着压比的增大而降低。在较小几何进气角时,流量系数随压比增大而增大,在较大几何进气角时,流量系数随压比变化不大。     

双排叶片搅拌装置合理参数的确定与匹配

为消除强制式搅拌机的低效率区,提高混凝土的搅拌质量和效率,根据双排叶片的搅拌装置结构,采用理论分析和正交试验相结合的方法,分析了主副叶片安装角、主副叶片的关系、搅拌臂排列形式、拌筒长宽比和搅拌线速度等搅拌装置参数对搅拌性能的影响,得出了各参数的合理取值范围和相互匹配关系.结果表明:主叶片安装角、主副叶片排列关系、单轴搅拌臂相位和双轴搅拌臂排列是双排叶片搅拌装置的首要性能参数;对目前普遍使用的双卧轴式搅拌机的较优参数匹配推荐为:主叶片轴向角45°、径向角35°,副叶片轴向角35°、径向角45°,主副叶片变径、同向关系,单轴搅拌臂相位90°,双轴搅拌臂平行布置,拌筒长宽比大于1,搅拌线速度1.2m/s.     

叶片交错布置不同角度对双吸离心泵蜗壳内压力脉动的影响

双吸离心泵内部流场压力脉动是影响水泵机组运行稳定性的关键因素,为了研究双吸离心泵叶轮两侧叶片交错布置对泵蜗壳内压力脉动的影响,以某双吸离心泵为研究对象,将其两侧叶片分别交错布置15°和30°,在蜗壳的不同位置设置监测点,利用CFD技术对离心泵内部流场在设计工况下进行三维非定常数值模拟,得到监测点处的压力脉动情况,并对其进行时域与频域分析.结果表明,该泵蜗壳内的压力脉动主要以轴频和叶频为主,相对于原模型泵叶轮,将叶片交错布置可以有效改善蜗壳内的压力脉动情况,且将叶片错开30°减弱蜗壳内压力脉动的效果比错开15°更好.     

腹板铺层参数对风力机叶片结构性能的影响

为研究腹板铺层参数对风力机叶片结构性能的影响。以某1.5 MW水平轴风力机叶片为研究对象,基于有限元分析方法,利用ANSYS软件中梁单元模拟腹板铺层,保持叶片前缘、后缘以及梁帽的铺层形式不变,通过改变腹板铺层角度、顺序和不同铺层角度的层数占整个铺层层数的比例,得到多种研究方案,并对不同方案时的叶片进行模态分析。结果表明:腹板±45°铺层较其他铺层角度能够更好的承受剪切载荷;腹板铺层角度应以±45°为主,且±45°铺层占整个铺层的58%左右时叶片结构性能最好;为了减小各层之间的剪切应力,应避免0°铺层和90°铺层连续铺放。     

叶片型线对离心黏油泵性能的影响

针对目前离心油泵的叶片绘型未考虑黏度因素影响的情况,采用FLUENT6.1软件通过数值计算方法研究泵送温度下运动黏度为1、24、60mm2/s 3种黏度的介质在包角分别为90°、110°、130°3种叶片型线对离心泵性能的影响.结果表明:随着叶片包角增大,扬程-流量曲线变得陡峭,相同流量下,泵扬程降低,且此特性与介质黏度无关;设计工况下,130°包角泵输水时的效率最高,而110°包角泵在最优工况下输黏油时效率最高;采用不同黏度的介质时,离心泵内部压力和速度分布与采用清水介质得到的规律基本一致.     

叶片包角对恒扬程泵性能的影响

为了研究叶片包角对恒扬程泵性能的影响规律,设计了6种不同包角叶片的叶轮,基于雷诺时均N-S方程、RNG k-ε湍流模型进行了定常数值计算,并对计算结果进行了实验验证.结果表明,在切断流量之前泵的扬程随包角的增大而减小,0°包角时泵的扬程最大,15°、30°、45°包角时泵的扬程基本相等,60°包角时泵的扬程最小,75°包角时泵的扬程随流量的增大线性减小.叶片包角对泵的效率具有较大影响,泵的效率在任一包角随着流量的增大先增大后减小.在切断流量附近,效率达到最大值;切断流量之前,效率随包角的增大而增大;切断流量之后,包角越大,效率随流量增大而减小得越快.     

考虑叶片偏航和干扰效应大型风力机体系风振响应与稳定性分析

叶片偏航和干扰会显著改变大型风力机表面气动力分布模式,进而影响风力机体系的风振响应和稳定性能.以某5 MW大型风力机为研究对象,首先采用大涡模拟(LES)方法进行了最不利叶片位置下考虑6个偏航角(0°、5°、10°、20°、30°和45°)影响的风力机体系流场和气动力模拟,并与规范及国内外实测结果进行对比验证了大涡模拟的有效性.在此基础上,结合有限元方法系统分析了不同偏航角下风力机塔架-叶片耦合模型的动力特性、风振响应和稳定性能.结果表明:不同偏航角下塔架径向位移均值和均方差的最大值均出现在塔架环向0°和180°处,最大塔底弯矩均出现在环向20°处.0°偏航时各叶片顺风向位移响应极值均大于2.7 m,随着偏航角的增大,塔架顶部径向位移、叶片顺风向位移和叶片根部内力的均值及均方差均逐渐减小,而临界风速则呈现先减后增再减小的趋势.综合表明:0°偏航角下风力机体系气动性能和风振响应均最为不利,45°偏航角下风力机体系的稳定性能最为不利.     

包角对中转速比离心泵流场及压力脉动的影响

为了研究叶片包角对中转速比离心泵性能的影响,以转速比为129的中转速比离心泵为研究对象,在确保叶轮其他设计参数恒定的同时,设计了90°、100°、110°、120°、130°5种包角的叶轮。运用Fluent仿真软件非定常数值模拟计算得到不同包角情况下泵外部特性曲线及叶轮内部压力和速度分布云图,通过测量水泵蜗壳及叶轮内7个监测点压力的数据得到离心泵压力脉动特性。研究结果表明:水泵扬程及效率随叶片包角的增大均有所降低且效率最高点向小流量方向偏移,包角增至130°时相比90°包角,扬程降低13%,效率降低5.2%;随着包角的增大,叶片进口低压区增多,出口高压区减少,叶轮内低速区减少,出口速度增大;额定流量下,蜗壳内压力脉动主频约为一倍叶频,流道内压力脉动主频约为一倍转频,各监测点压力脉动幅值随包角增大整体呈上升趋势。于是,综合考虑选取120°作为中转速比离心泵包角最优取值。探究叶片包角对中转速比离心泵内部流场及压力脉动影响规律,可为中转速比离心泵水力优化提供理论支持。     

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。     

透平叶片前缘双排交错孔气膜冷却数值模拟

为了解前缘冷气喷射对透平叶片的气膜冷却特性,对圆柱形前缘双排交错孔气膜冷却进行了全三维N-S方程数值模拟,第一排孔射流角度分别为15°、20°和25°,第二排孔均为20°。计算域网格采用FNM(full non-matched)形式的多块结构化网格。研究了射流与主流的流动机理,分析了不同吹风比下不同孔排结构对壁面冷却效率的影响。计算结果表明:第一排射流角度的变化对前缘绝热效率分布的影响非常明显,壁面气膜冷却效率随吹风比的增大而升高。     

激盘模型在水力机械叶片流动弹性稳定性研究中的应用

水力机械的叶片流动弹性失稳将严重影响机组的正常运行。为了对叶片的流动弹性稳定性作出较准确的预估，利用激盘模型，将整个流道视为一个无厚度的激盘，对激盘应用流体力学的基本方程，并利用激盘突跃条件，得到作用于叶片的非定常流动力，发展了一种预测水力机械叶片流动弹性稳定性的方法。应用发展的方法对某轴流式水轮机的转轮叶片进行了分析。研究结果指出，叶片在来流速度较低即小流量工况下，叶片的流动弹性稳定性较差，容易发生流动弹性失稳。叶片间相角是影响叶片流动弹性稳定性的一个十分重要的参数，叶片间相角在＋１８０°和－１８０°附近时，叶片的流动弹性稳定性较差，在实际安装及运行中，应尽量避免叶片间相角在＋１８０°和－１８０°附近。     

周向角和直径比对切向双旋流冷却流动与传热特性的作用机理

考虑到当前对透平叶片前缘双旋流冷却结构的流动与传热机理认识不足,建立了合理的切向双旋流冷却结构模型,采用雷诺时均Navier-Stokes方程求解SSTk-ω湍流模型,数值分析了周向角为60°～120°、直径比为0.435～1.2时双旋流腔内的流动和传热特性。计算结果表明:与单旋流冷却相比,冷气在双旋流腔内形成相反涡对,在融合区出现冲击和再附现象,使综合换热性能更好。随着周向角增大,旋流腔壁面的努塞尔数先增大后减小,而摩擦系数呈现相反的变化趋势,评估得到周向角为90°时的综合换热因子最高,可以达到1.49;当直径比为0.6时,综合换热因子可达到1.52,当直径比小于0.6时,综合换热性能几乎不受直径比影响,而直径比大于0.6时,综合换热性能随直径比增大而减小,尤其在直径比大于1时急剧下降。     

导叶叶片出口安放角对混输泵性能的影响

为了探讨研究出混输泵整体性能最优时的导叶叶片出口安放角值,以自主研制的第三代YQH-100气液混输泵为研究对象,利用Fluent软件中的多体坐标系、标准k-ε模型、Mixture模型及SIMPLE算法,对混输泵导叶叶片出口安放角分别为60°、70°、80°、90°的4种情况,气体体积含气率分别为0、10%～90%的10种工况下进行三维流场数值模拟,绘制混输泵相对扬程、效率随含气率变化曲线.结果表明,导叶叶片出口安放角大小对前级动叶压力面和下级动叶吸力面的流动影响较大;混输泵导叶叶片出口安放角为60°时混输泵整体性能最优.     

串列叶栅前后排叶型对叶片损失的影响

为了研究串列叶栅前后排叶片叶型变化对叶片损失的影响,采用数值模拟方法,对三种不同叶型组合的平面串列叶栅在0°攻角工况下,进行了总压损失分布和损失机理分析。研究结果表明,前排叶片的叶型,尤其是前缘形状的改变对串列叶栅的总压损失分布有显著影响;而后排叶片的叶型变化造成的影响较小;参数L=ρV03/T反映了附面层内熵增的难易程度。由于前排叶片前缘附近的L值要远大于后排叶片,从而导致串列叶栅的总压损失对前排叶片的叶型变化更加敏感。