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。     

离心通风机内部流场数值模拟

为降低离心通风机的能耗,在不同体积流量参数条件下应用Fluent软件对WDLH-450型离心通风机内部流场进行了数值模拟,得到风机效率、总压力和叶轮功率等数据.结果表明,总压力和效率等性能参数的模拟结果与实验测量数值非常吻合,验证了数值模拟的正确性.由于风机叶片为不规则几何体,使得风机在工作时内部流场非常复杂,叶片旋转时会产生不规则的气流,形成蜗壳区域气体的二次流动和叶轮前盘区域的涡流,造成叶轮和蜗壳区域流动能量的损失.同时,各叶轮流道的流场由于气流流动分布的不均匀性而存在压力不对称的现象.     

水轮机蜗壳内流动的数值研究

在分析研究现有的水轮机蜗壳设计理论的基础上，对蜗壳在不同工况下的内部流动情况进行了三维不可压定常粘性流动的数值模拟。基于N－S方程和标准的κ－ε模型，采用贴体坐标、非结构化网格和SIMPLE算法，对蜗壳内部流动进行了计算分析，其结果与实验值吻合，可作为蜗壳优化和固定导叶设计、改型的依据。     

三峡机组蜗壳内紊流的三维数值分析

报导了三峡混流式机组模型蜗壳内紊流的三维数值分析结果。文中基于Ｎ－Ｓ方程和标准的ｋ－ε紊流模型，采用贴体座标和交错网格系统，用ＳＩＭＰＬＥＣ算法对蜗壳内部的流动进行数值模拟，提出设计工况时蜗壳内部的紊流特性。数值分析结果表明：在设计工况，蜗壳内部的流动符合速度矩为常数的设计理论。文中提出的数值方法，可用于改进和优化蜗壳设计，从而提高水轮机的效率，改善水轮机的性能。     

自吸离心泵蜗壳内瞬态流动特性

为了研究自吸离心泵蜗壳内瞬态流动特性,分别对有、无回流孔时的模型泵进行了三维非定常流动数值模拟,得到了蜗壳内压力脉动特性和蜗壳回流孔处的瞬态流动特性.研究结果表明:回流孔的存在使蜗壳内压力脉动更加剧烈多变;蜗壳内最大幅值监测点处的蜗壳断面上,存在强度较大、位置对称、大小不等的反向二次流漩涡;回流孔向蜗壳的流出口处存在较大的涡量,且在此处的蜗壳断面和其垂直截面内都有随时间周期性变化的漩涡流动结构;有回流孔时的最大脉动幅值在0.8、1.0和1.2倍设计流量工况下比无回流孔时相应工况下的幅值分别增大35.5%、13.7%和19.6%.     

水轮机蜗壳和固定导叶内部流动的数值模拟

为探求蜗壳内部的流动规律 ,优化蜗壳设计 ,对三峡混流式水轮机组模型蜗壳和固定导叶内部的流动进行了紊流解和 Euler解的全三维数值模拟。文中基于 Navier-Stokes方程的标准 k-ε紊流模型、Euler方程模型 ,采用贴体座标和交错网格系统 ,用 SIMPL EC算法 ,对蜗壳和固定导叶内部流动的联合计算结果进行对比分析 ,并与实验值进行了比较。还对流动的不均匀性进行分析 ,提出了改进和优化蜗壳和固定导叶设计的较为可信的解决方案     

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。     

基于喷水强度均匀分布的多级阻尼集管设计

利用计算流体动力学(CFD)和有限元数值模拟方法(FEM)，研究了阻尼板数量和阻尼孔布置方式对集管管内流动和喷水强度分布的影响．对无阻尼板、一道阻尼板对称结构、两道阻尼板对称结构、一道阻尼板非对称结构等四种集管阻尼形式的喷水强度及其偏差进行了比较，两道阻尼板对称结构阻尼的集管喷水强度相对偏差最小．     

蜗壳喷嘴出口速度分布特性

用数值计算的方法，以κ-ε双方程模型模拟蜗壳内的气体流动情况，以心形线拟合蜗壳的通流截面，用SIMPLEST算法计算了3种不同型线蜗壳喷嘴出口气流角和速度的分布情况。对计算结果的比较表明，蜗壳型线的变化，对喷嘴出口气流参数的分布会产生明显的影响。当Aθ/rθ沿周向线性变化时，喷嘴出口参数的分布最均匀。     

涡旋流动中轴对称和非轴对称扰动的相互作用

本文研究涡旋流动中轴对称和非轴对称扰动的相互作用。在无粘、不可压涡旋流动中引进轴对称和非轴对称扰动,将扰动速度展开成傅立叶级数,代入到无粘、不可压流基本方程组中,使用多重尺度摄动方法,获得轴对称和非轴对称弱非线性扰动波振幅的调幅过程所满足的联立方程组。数值计算表明,在满足轴对称扰动和非轴对称扰动耦合的条件下,可以得到具有孤立子性质的轴对称扰动和非轴对称扰动。最后简要地从能量观点讨论了轴对称和非轴对称扰动的干扰机理。     

Three-Dimensional Modes of Fiber Suspensions in the Taylor-Couette Flow

The linear stability analysis of the fiber suspension Taylor-Couette flow against axisymmetric and non-axisymmetric disturbances is investigated. A generalized complex eigenvalue problem generated from the linearized set of the three-dimensional governing system equations around the basic Couette azimuthal solution are solved numerically with the Chebyshev spectral method. In a wide range of radius ratios and the magnitudes of counter rotating, critical bifurcation thresholds from the axisymmetric Couette flow to the flow with different azimuthal wave numbers are obtained. The complex dispersion relations of the linearized stability equation system for vortex patterns with different azimuthal wave number are calculated for real axial wave numbers for axially extended vortex structures.     

变工况情形下离心式压气机无叶扩压器与蜗壳非轴对称流场的计算与分析

本文从径流式叶轮机械蜗壳的非轴对称流场原理出发,研究离心压气机蜗壳在变工况时非轴对称流场的特性.本文是“离心式压气机扩压器与蜗壳非轴对称流场的计算与分析”一文的继续.在本文中,进一步研宄了蜗壳舌部在变工况时对蜗壳非轴对称流场的显著影响.计算与实验结果表明,由于考虑了舌部的影响,使论文中提出的方法在相当大的变工况范围也能得出相当满意的结果,为研究压气机叶轮在变工况时的特性提供了依据.     

无底圆筒结构内填土压力分布和抗倾有效比计算

由于无底圆筒结构与有底结构相比,在结构沉降、基底应力等方面存在差异,导致二者的内填土压力分布明显不同,因此,传统的贮仓压力理论不能正确确定无底圆筒结构的筒内填土压力．采用模型试验,量测作用在无底圆筒结构上的土压力,分析无底圆筒结构与内填土和地基的相互作用,探讨圆筒结构在倾覆过程中内填土与筒壁间摩阻力调整机理．通过试验研究和理论分析得到,在对称荷栽作用下筒内土压力分布分为三个区域,在非对称荷栽作用下,由于筒内产生附加力矩而使土压力分布变为两个区域,且抗倾有效比约为对称荷栽状况下的1．10倍,在此基础上,提出了对称荷栽和非对称荷栽(作用有侧向荷载)情况下,筒内填土压力和抗倾有效比的计算方法,前者适用于圆筒施工期的计算,后者适用于使用期的计算．     

多电极电磁流量计用于非轴对称流的测量

为解决两电极电磁流量计对于速度非轴对称分布的敏感问题,基于Shercliff权函数提出区域权函数概念,研究其计算方法并设计出多电极电磁流量计．通过多电极传感器测量不同位置的弦端电压,计算管道截面各区域的局部轴向平均速度,并实现体积流量的测量．介绍了多电极电磁流量计传感器设计,通过测量偏流发生器下游的非轴对称单相流及倾斜管固一液两相流,证明该设计对于非轴对称流具有较高的流量测量精度及可靠的速度分布测量结果．     

非轴对称弯掠静叶对畸变流场影响的数值研究

为探究非轴对称弯掠静叶在压气机中应用的可行性以及弯掠静叶参数对畸变流场的改善效果,以扇形叶栅试验件为研究对象,采用计算数值模拟方法,研究非轴对称弯掠静叶几何参数对畸变流场的影响.在受进口畸变影响较为严重的位置,设置正弯、反弯、前掠、后掠静叶,构成不同非轴对称静叶造型方案,探究其对静叶流场的改善.结果表明:最佳反弯方案Nbow-0.5-10可使流场损失减小2.75%;前掠对于根部损失可起到较好的抑制作用;后掠对根部损失改善效果略逊于前掠,但有利于减小主流区的损失.     

低碳钢和不锈钢圆管轴向冲击碰撞吸能特性研究

针对金属圆管的吸能设计，通过落锤试验和动力显式有限元法对低碳钢和不锈钢圆管的碰撞吸能特性进行了研究。研究发现：轴向冲击下圆管的失效模式分为轴对称模式、过渡模式和非轴对称模式，初始几何缺陷的随机性是产生不同失效模式的原因之一。给出了平均碰撞力的设计公式，最后探讨了采用铝基蜂窝状填充材料对圆管耐撞强度的影响。     

非轴对称端壁成型及其对叶栅损失影响的数值研究

根据叶栅非轴对称端壁成型的基本原理，探讨了非轴对称端壁成型的技术，利用三角函数构建了叶栅非轴对称端壁的型面，对5种不同端壁的叶栅进行了数值模拟，并采用三维时均可压缩N-S方程组求解方法，对构建的非轴对称端壁的跨音速直列叶栅进行了数值研究．结果表明：采用非轴对称端壁可有效降低叶栅二次流损失，所建立的非轴对称端壁成型方法效果比较明显；成型过程中单峰幅值控制函数要明显优于双峰函数，单峰幅值控制函数中最大幅值约占5％叶高为宜，此时计算结果显示在叶栅128％轴向弦长处总压损失降低了约4．7％。     

圆球壳Stokes渗透流动的一个准确解

本文采用轴对称情形下内外Stokes流动的Sampson级数解求出了有渗入渗出情形下轴对称拉伸流动绕圆球壳流动时壳内壳外流动的准确解。该准确解表达式简单且为有限形式。对该解进行分析表明,渗透对外流几乎不发生作用,但对内流影响显著。文中详细分析了流线谱,流入球壳的总流量以及内流的速度分布及压力分布,揭示了球壳内部的一些流动现象。     

大涵道比风扇角区失速模化设计及非轴优化

为研究非轴对称端壁造型对大涵道比风扇角区失速流动的改善作用,对某风扇进行了平面叶栅模化设计及非轴对称端壁优化。采用数值模拟方法,以风扇根部叶型为基础进行模化设计;在此基础上,采用两种不同的控制点分布方法对平面叶栅进行非轴对称端壁优化改型。研究结果表明:模化后的平面叶栅角区失速流动及叶片加载特点与风扇原型基本一致;采用自由曲面及类两面角曲面两种非轴造型对平面叶栅角区进行优化,叶栅总压损失系数分别降低了4.57%和5.38%;将流场改善效果较好的类两面角曲面造型应用于风扇原型角区,结果表明该造型使得风扇效率提高了0.441%,角区失速现象也得到了有效的抑制。深入的流场分析表明,类两面角曲面的非轴对称端壁造型,沿流向能有效推迟压气机平面叶栅通道涡向吸力面的发展,沿径向通过使涡结构上移减弱在端壁附近吸力面附面层和通道涡的相互作用;与此同时,对大涵道比风扇原型的角区失速流动也能起到较好控制效果。