涡轮级当量喷嘴截面积的计算方法

本文根据涡轮级变工况下各主要参数间的关系,导出了在亚音速流动范围内当量喷嘴截面积的计算公式,为模拟涡轮级的通流特性,计算在各种工况下所需的当量喷嘴面积提供了一种新的计算方法.     

轴流涡轮不等栅距板式喷嘴叶片的造型计算方法

本文提出轴流涡轮不等栅距板式喷嘴直叶片的造型计算方法。首先确定切向平面上的叶型中弧线、叶厚和不等栅距。利用几何方法和光顺样条函数就能计算出切向平面和各圆柱截面上的叶型坐标和叶型切线倾角以及切向平面上的沿型线从叶片进口起算的距离。用直接求解法求解喉口尺寸,並进而算出气流出口角。文中给出计算示例。     

脉动调节式可变喷嘴涡轮特性计算

为了更有效地利用发动机排气脉冲波的能量,提出了一种新型脉动调节式可变喷嘴涡轮(VNT).以JK90S可变喷嘴涡轮为研究对象,利用叶轮机械CFD软件NUMECA,对常规VNT和脉动调节式VNT进行了数值计算研究.计算结果表明,与常规VNT相比,脉动调节式VNT在脉冲波能量利用方面具有明显优势,在相同的工况条件下,脉动调节式VNT的实际功率和膨胀比与常规VNT相比分别增加了36.8%和24.8%.     

可变喉口截面预燃室的研究

本文分为两部分。第一部分是运用电子计算机,进行压缩过程中可变喉口截面予燃室中气体流动的计算,分析了可变喉口截面予燃室主要结构参数对主、付燃烧室压力变化、喉口气流速度和节流损失大小的影响,并导出相应的结论。第二部分是叙述在高增压单缸试验机上进行的37个方案对比试验的结果,并由此总结出可变喉口截面予燃室的最佳结构参数的范围,为设计提供依据。试验表明,在p_1=l7.25kg/cm~2时,应用小直径喷嘴的可变喉口截面予燃室,在比油耗排温略有降低时,可比常规产品予燃室爆压下降17kg/cm~2(约13%)之多;在应用大直径喷嘴时,在爆压、排温略有降低时,比油耗可下降4—8g/ps.h。(约3.5%),并且负荷特性上比油耗曲线极为平坦。     

可变喷嘴废气涡轮增压器控制系统发展概述

文章针对目前内燃机行业快速发展的可变喷嘴废气涡轮增压技术,从其控制系统方面阐述了国外霍尼韦尔国际公司、美国通用汽车公司及日本石川岛播磨重工业公司可变喷嘴废气涡轮增压技术特点,以及清华大学、北京理工大学在可变喷嘴废气涡轮增压技术方面做了尝试,指出可变喷嘴废气涡轮增压技术在内燃机节能减排方面具有比传统废气涡轮增压器更为广阔的空间,是目前增压技术的发展方向,其研发对促进我国增压器行业的升级具有重要意义。     

首钢在氧气顶吹转炉上使用三孔喷头

首都钢铁公司炼钢厂在30吨氧气顶吹转炉上,使用的三孔喷头是先收缩成直径为39毫米的喉口,再分散为三个直径为26毫米的喷嘴,每个喷嘴与中心轴线成8°的交角。氧气流量的大小受喉口控制。喉口的断面积为1194.6平方毫米,比单孔喷头的断面积扩大了20%,每个小孔的断面积为530.9平方毫米,三个孔的总断面积为1592.8平方毫米。三孔总断面积比     

等β角对称圆弧型线的涡旋压缩机几何模型

针对基于等β角对称圆弧型线的涡旋压缩机建立了通用的几何模型，推导出了修正部分的工作腔容积、吸气孔口面积、泄漏线长度和工作腔换热面积随转角变化的计算公式，并假定修正部分的泄漏线为渐开线，起始展开角为涡旋线的起始展开角．通过解析几何的方法求取排气孔口和轴向力作用面积的各个顶点坐标，并沿其边界积分，从而精确地计算出它们的面积．所建立的通用几何模型可直接用于涡旋压缩机热力和动力模型的计算，为优化设计奠定了基础，运用通用几何模型对一台样机进行热力和动力计算，得到了合理的计算结果．     

120kW级燃料电池可变喉口引射器的设计及特性

引射器是质子交换膜燃料电池氢气循环系统中的关键部件，依靠超音速流动的射流工质实现阳极排气的再循环。传统的固定结构引射器通常针对电堆额定工况设计，工作在非设计工况时性能较差；而可变喉口引射器可以动态地改变其喉口大小，有效扩大其工作范围。基于Sokolov设计理论，搭建了引射器的一维模型并探究了其工作特性，在此基础上提出了一种可变喉口引射器的设计方法。研究结果表明，引射器的工作特性主要受其操作压力、喉口直径和混合室直径影响；通过缩小喉口、提高工作流体压力可以使工作喷嘴保持临界状态，这对大负载下的引射性能影响较小，但能够有效提高电堆小负载下的引射比，并使引射器的工作范围向小负载扩展。     

变几何涡轮特性拟合的数学模型

本文通过对涡轮特性曲线的物理意义和几何特征的分析,提出了适用于喷嘴安装角可调的涡轮流量特性和效率特性的拟合模型,并提出了一种新的计算方法来确定拟合数学模型中的待定参数。用该模型拟合了某发动机变几何动力涡轮的特性。与原节点数据相比,流量和效率特性拟合回代值的平均相对误差分别为0.675％和0.534％。另外,又拟合了某定几何高压涡轮的流量特性,平均相对误差值为0.638％,其结果令人满意。     

主副燃烧室分层燃烧湍流强度模拟新方法

为解决应用准维模型计算汽油机主副燃烧室分层充气燃烧过程的适用性,根据主副燃烧室中气体流动过程的质量和能量交换关系,并考虑到主副燃烧室相对容积比和喉口截面积等几何结构尺寸的影响因素,提出了湍流强度模拟的新方法.计算结果表明,该湍流强度模拟方法不仅适用于主副燃烧室,而且有利于提高热力模型的计算精度.     

STOVL型战斗机变循环发动机性能数值模拟

针对短距起飞垂直降落型(STOVL)战斗机的发动机特性进行分析。在常规双轴涡扇发动机性能模拟程序的基础上, 添加了升力风扇与滚转控制喷管部件模块, 并加入了尾喷管喉道面积、模式选择阀门面积和低压涡轮导向器面积等调节变量, 编写了带升力风扇的变循环发动机整机性能数值模拟程序, 选取超音速巡航状态设计点, 确定设计点各参数, 计算分析了带升力风扇的STOVL型变循环发动机在超音速巡航状态、海平面静止状态及STOVL状态的性能参数。研究结果表明:这种创新的变循环推进系统, 通过改变发动机有效涵道比, 提供了较大的推力增加, 同时降低了耗油率。     

变截面通道内超音速两相流极限升压能力研究

根据质量、动量、能量守恒方程建立了变截面通道内超音速汽液两相流升压装置的极限升压能力计算数学模型．计算及研究表明：极限升压能力随变截面混合腔喉部直径、被升压的低压水流量和蒸汽喷嘴压比增加而降低，随环形水喷嘴间隙的变化出现了最小值；计算得出变截面超音速汽液两相流装置的极限升压能力可达26；在设计升压装置时应尽可能选取较大的蒸汽喷嘴压比和较小的环形水喷嘴间隙。同时给出了变截面混合腔喉部直径的设计原则。研究结果对变截面通道内超音速汽液两相流升压技术的应用有重要意义。     

风琴管空化喷嘴流场数值模拟

 风琴管空化喷嘴是一种常见的空化射流喷嘴,利用喷嘴内部特殊结构形成产生空化效应,从而提高射流的打击效果,因此,研究空化喷嘴内部结构对形成的空化效应影响,有利于提高喷嘴的工作性能。本文利用多相流模型研究风琴管空化喷嘴,在出口压力为2MPa工况下,对不同入口压力下喷嘴的内流场进行了数值计算。结果表明,在正常工作压力8MPa情况下,喷嘴喉道位置出现局部低速区和低压区域,且空化位置出现在喉道截面突变位置。同时,研究了喷嘴喉道长径比和存在圆角情况下内部空化情况,发现增大喷嘴喉道长径比实际相当于增加了低压区域,有利于空化的产生;喷嘴喉道变径区域存在圆角会严重影响空化喷嘴的空化性能,且圆角半径越大,临界空化压力越大。     

喷嘴调节锥对水蒸气喷射泵性能影响的数值模拟

喷嘴的喉部面积大小对水蒸气喷射泵性能至关重要,提出了一种可调式喷嘴结构,通过调节锥位置改变来调节喷嘴喉部面积,以此作为计算模型,数值分析了调节锥位置对喷射泵性能的影响.比较了不同调节锥位置条件下水蒸气喷射泵内部的速度场、轴线压力分布、近壁面流场迹线.结果表明,在相同的工况下,调节锥位置可以显著影响喷射泵的性能,随着喷嘴喉部面积的减少,喷射泵内部的激波位置向入口方向偏移,强度持续减弱,边界层脱离现象先减弱后增强,当调节锥位置处于喷嘴喉部后15mm附近,喷射泵性能达到最佳值.     

变截面通道内超音速两相流升压过程的研究

通过对超音速汽液两相流在变截面通道中的升压过程的实验研究，得到了变截面通道内超音速汽液两相流的压力分布规律。实验结果表明，变截面通道中超音速汽液两相流的压力分布与出口压力、进水流量无关，而主要的影响因素是进水温度和进汽压力，同时超音速汽液两相流在变截面通道的渐缩部分的压力可以近似认为不变，凝结激波发生在变截面通道的喉部等，这些研究结果对该技术的进一步理论研究和应用均具有重要意义。     

燃气轮机双燃料喷嘴燃油内流场特性仿真分析

作为燃气轮机中的重要部件,喷嘴内部结构直接决定了燃油燃烧和动力输出效率,设计喷嘴结构并开展喷嘴中内流场特性仿真分析成为新型燃气轮机开发的研究重点。使用Solidworks软件对双燃料喷嘴结构进行设计,并对其燃油流道进行数值模拟。利用Fluent软件先对喷嘴燃油的整体内流场进行数值k-epsilon模拟,再使用流体容积法（VOF）方法对喷嘴燃油的核心流道进行数值模拟,研究喷嘴燃油流道的特性。结果显示燃油流道的质量流量、进口流速和核心流道进口流速随着进口压力的增大而增大;雾化锥角会随着进口压力的增加而增大,且当进口压力超过0.5 MPa时,雾化锥角最终会稳定在110°左右;同时结合相关实验数据与仿真数据进行对比。本文的仿真研究为燃气轮机喷嘴的结构改进提供了依据。     

压力比对高压SF6断路器喷口中冷态气流场影响的研究

为了辅助高压SF6断路器灭弧室的设计和优化,以拉法尔喷口结构为基础,对3种长度喷口结构下的冷态SF6气流场进行了数值计算和分析,通过对比压力与马赫数的变化特点,研究了上、下游压力以及喷口长短对气流场分布的影响.确定了3种长度喷口对应的临界压力比值,并着重分析了压力比与激波产生和运动之间的关系,讨论了物性参数所引起的计算误差.结果表明:不同长度的喷口结构,临界压力比不同,当上下游压力比低于临界值时,喷口中产生激波,反之则无激波产生;激波的位置随着压力比以及喷口的长度而变化;当喷口下游气体始终处于超音速流动时,出口压力与设定值无关,仅随着入口压力的增加而增大.此外,有效地导入气体属性能够降低数值仿真中的误差,提高仿真结果的精度.     

送粉气流对冷喷涂流场及粒子速度影响的数值模拟

通过建立二维数值模型,利用计算流体力学软件进行数值模拟,研究了送粉气流压力和温度对冷喷涂过程中流场及粒子速度的影响.结果表明:喷涂中不可忽略送粉气流对流场及粒子速度的影响;为将粉末注入喷管,送粉气流的出口压力不能小于出口处的主气流压力,但增大送粉气流压力会使得进入喷管渐缩段的送粉冷气体流量增大,从而排挤高温主气流,同时也降低喷管气体流动的滞止焓,导致喷管喉部声速减小,不利于粒子加速;增加主气流温度对粒子加速效果不明显,而增加送粉气流温度可有效提高粒子撞击基板的速度,进而提高粉末粒子的沉积效率.     

某型燃机转子轴向推力关键因素分析

燃气轮机转子的轴向推力是燃机总体设计的重要指标之一。针对某型燃机,通过建立轴向力仿真平台,计算不同装机状态燃机的轴向力载荷;并结合大量整机试车与轴向力实测数据,分析影响该载荷的关键因素,以期减少试车次数,降低成本。研究与实测表明,运行工况、涡轮导向器喉道面积、封严结构等均构成影响轴向推力的关键因素。更改封严直径、修整喉道面积能够大范围地调整转子轴向力,调整封严间隙值能对轴向力进行微小的调整。     

导流叶片两端间隙不同分配对可调向心涡轮性能影响

针对现有可调涡轮产品缺少喷嘴环叶片两端间隙约束机构现状,选取三种典型喷嘴环叶片间隙分布模型,用数值方法研究喷嘴环叶片两端间隙不同分配对涡轮级性能影响,并找出导致涡轮性能变化的相关机理,为提高可调向心涡轮在非设计工况下性能提供参考. 研究结果表明:在小开度情况下导流叶片两端间隙变化导致涡轮级效率差别至少为4％,且流动损失变化主要集中在转子段;导流叶片间隙泄漏流中气体气流角小于主流气体,因此间隙分布变化可以改变转子叶片吸力面前缘附近分离涡位置,从而改变转子叶轮通道内部流动损失,最终影响涡轮性能.