导叶可调式液力变矩器导轮特性研究

液力变矩器内部流动复杂,是非定常、不可压缩、三维、黏性流体的流动.可调式液力变矩器在三元件变矩器基础上增加可调导轮.在可调式液力变矩器可调导轮导叶存在多个开度的基础上,建立不同开度下的变矩器全流道模型;采用分离式求解器、SIMPLE算法及大涡模拟湍流模型对变矩器内部流动进行数值模拟.基于变矩器内部流场数值模拟结果,分析其流动特性,研究导轮的工作特性,得到固定导轮与可调导轮的作用,可为可调式液力变矩器性能改善和导叶的设计提供参考.     

气液两相介质的多级液力透平特性

以DG85-80五级节段式离心泵作液力透平,采用N-S方程和标准k-ε湍流模型,选择Mixture多相流模型和SIMPLE算法,用CFD软件对不同体积含气率的气液两相介质的液力透平进行数值试验,分析其外特性和内部流动规律.结果表明:气体膨胀作功对液力透平能量特性的影响较大,透平进口含气率增大时,最优工况的压头和功率增大,水力效率和质量流量减小,各级导叶与叶轮交界面压力损失的总和变大;叶片背面压力小于工作面压力,叶片背面流体速度大于工作面,随透平进口含气率变大,叶轮各流道压力分布不均匀性加剧,叶片工作面进口附近的漩涡区域减小;叶片背面含气率比工作面的大,从导叶进口到叶轮出口含气率增大,从第一级到第五级,随级数增加,导叶-叶轮流道内体积含气率减小.     

液力变矩器泵轮内部流动PIV测试与分析

为了能够设计出性能优良的液力变矩器,合理利用内部流动规律来提高效率,更好地分析其内部流动情况,利用有机玻璃来制作液力变矩器的模型,进而增加模型的透明性,实现液力变矩器泵轮内部流动的可视化,采用激光粒子测速技术(particle image velocimetry,PIV)对液力变矩器泵轮内部流场进行测试.针对不同工况下的液力变矩器泵轮内部流场进行试验,采集了其内部流场在制动工况(i=0)、牵引工况(i=i*)和空载工况(i=1)的径向和轴向的流动二维图像,并作了定性分析.结果表明:通过采集的图像可清晰地看到代表液流流动的示踪粒子的速度大小和方向;利用PIV测试技术测量液力变矩器内部流场是可行的.     

液力透平的数值计算与试验

设计了液力透平试验台,对一单级液力透平进行了试验,得到了外特性曲线.采用全流场和结构化网格技术对液力透平内部流动进行了数值计算.分析了液力透平在不同流量下的压力场和速度场,得到了内部流场的分布规律.应用速度三角形对液力透平叶轮和尾水管内部速度场随流量变化规律进行了研究.结果表明:离心泵反转可用作透平运行,并具有较高的效率;最高效率的数值计算与试验结果相对误差为4.85％;透平内部的压力从蜗壳进口经叶轮到尾水管逐渐减小,进出口压差随流量增加而逐渐增加;在透平叶片背面和工作面存在漩涡区域,漩涡位置和区域大小随流量而变化;在尾水管横截面上存在的圆周速度分量随流量而变化.     

考虑泄漏区的液力变矩器流场数值模拟

为研究液力变矩器泄漏区流动损失及其对液力变矩器原始特性的影响,分别建立了带泄漏区与无泄漏区的液力变矩器单流道模型,并进行稳态数值模拟.通过对比仿真结果与试验结果发现:考虑泄漏区时,变矩比和泵轮转矩系数的预测精度分别提高了3.1%和4.6%.仿真结果表明:随着速比的增大,主循环流量与泄漏流量逐渐减小,泄漏流量占液力变矩器主循环流量的4%左右;泄漏区存在明显的二次流现象,旋涡与过流截面的急剧变化导致了泄漏区的损失,且低速比时流动损失更大;相比无泄漏区仿真模型,泄漏区出口液流能够减小泵轮入口处的涡流黏度.     

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.     

液力变矩器流场的数值模拟与分析

用数值模拟技术对液力变矩器内部流场进行研究.首先对YJ380型液力变矩器建模,然后进行有限元网格划分,选择合适的求解器,最后对其进行计算,得到了不同工况下内流场分布的特性,并对结果进行处理和分析.     

水泵水轮机制动工况内流特性分析

为研究水泵水轮机在制动工况运行时内部流动特性,在确定的等开度线上选取具有代表性的制动工况点,对其进行了全流道数值计算.选用SST k-ω湍流模型,采用SIMPLEC耦合算法,对选定工况点的机组整体流动域内的三维复杂流态进行了分析.结果表明:机组进入制动工况后流态总体上呈现出不稳定状态,多伴有大尺度漩涡的产生.其中蜗壳及固定导叶内流动较为平稳,自活动导叶进口处出现小尺度漩涡,在转轮中流态不稳定达到极致,叶道间出现大尺度漩涡;转轮进出口流动虽以水轮机工况流动方向为主,但受转轮内大尺度旋涡及离心力影响,回流严重流动紊乱,流态转入反水泵工况的趋势明显;尾水管内流动呈现显著的螺旋态,从进口开始流动回旋紧贴壁面,直锥段出现大幅回流反向进入转轮区域.此工况机组整体流域的复杂流动势必加剧机组的振动,对其稳定运行造成极大的影响.     

基于鱼体结构的仿生型液力变矩器叶片环量分配规律

提出了一种基于鱼体结构的液力变矩器叶片环量分配规律.该方法利用逆向工程方法提取了鱼类体型的元素,提出了液力变矩器各叶轮叶片的仿生多项式环量分配方案,设计出了类鱼体的仿生叶片.通过采用Smagorinsky亚格子应力模型的分离涡模拟,分别对仿生叶片和原始叶片的流道模型进行了三维流场的数值计算.结果表明:通过将原始叶片的仿真预测结果与试验结果进行对比,证明了该数值模拟方法的有效性;在不改变原始叶片的重要参数的情况下,采用仿生环量分配规律设计出的仿生叶片,可以提高液力变矩器的最高效率值,最高效率可以提高1.5%.对比分析了仿生前后的流动结构,并采用Rothalpy对比了仿生叶片与原有叶片的能量损失,结果与性能预测值相吻合,验证了研究的可行性.      

牵引工况下大功率液力变矩器总成热特性研究

针对推土机在往返工况下液力变矩器油温经常超工作范围问题,分析其液力变矩器内部油温与车辆工况的变化规律,并对液力变矩器液压供油系统进行温度调节与保护,开展牵引工况下大功率液力变矩器总成的热特性研究。以热平衡理论为基础,分析推导液力变矩器的能量损失、传递效率、热量的产生和散失与油温之间关系。利用液力变矩器总成的台架试验,测试了YJ380型大功率液力变矩器在牵引工况下的扭矩、转速、流量、油温等基本特性参数。以试验数据为基础,建立了140kW柴油发动机与该大功率液力变矩器的数学模型,并对其共同工作的数学模型进行了分析;在发动机与液力变矩器功率匹配的基础上,通过计算液力变矩器的能量损失以及散热器的散热效率,得出液力变矩器在不同工况下的内部油温。针对液压系统由于泵排量不足导致的油温过高现象,搭建供油系统模型,通过对液压系统的流量调节优化了液力变矩器总成的热平衡特性,通过控制液力变矩器的闭锁离合器对系统进行了温度保护。最后,将试验结果与数值模拟结果进行了对比验证。研究结果表明:利用发动机与液力变矩器共同工作数学模型计算的油温与实测出口、入口油温均值的相对误差约为2%,验证了该数学模型的正确性;在液力变矩器供油系统基础上,建立了恒温控制及温度的自动保护方案,当油温为60℃~80℃,或100℃~120℃时,通过调节系统流量能保持温度恒定,当油温小于60℃或大于120℃时,通过闭解锁控制可以保证液力变矩器动力总成的可靠性。     

基于液力调速的风力发电传动系统计算与分析

为使大型风电机组高效、稳定、可靠的并网发电,对行星齿轮传动与导叶可调液力变矩器相配合的液力调速风电机组传动系统进行了计算与分析。利用节点法分析计算调速系统的功率流动情况,得出调速系统结构参数的约束条件,阐述系统的调速过程,对优化功率分配方案有着重要意义。建立了风轮数学模型,并对传动系统特性进行计算,得到风轮运行过程中各结构参数对调速系统性能的影响。重点分析导叶可调液力变矩器的性能对调速系统性能的影响,为其设计奠定基础。     

基于CFD的潜液式液化天然气泵导叶设计

潜液式液化天然气(liquefied natural gas, LNG)泵工作时, 屏蔽电机和泵体全部浸没在低温液体中. 为减小泵的径向和轴向尺寸, 潜液式LNG泵采用了一种特殊结构的导叶. 在分析潜液式LNG泵导叶结构特点的基础上, 研究导叶进口喉部宽度和折转角对泵设计工况水力性能的影响. 首先, 设计不同几何参数的导叶, 并分别与同一叶轮进行匹配; 再通过ANSYS CFX软件, 采用标准k-ε湍流模型对各导叶分别进行全流场数值计算. 计算结果表明: 进口喉部宽度是潜液式LNG泵导叶的关键尺寸, 设计时需重点考虑; 进口喉部宽度存在最优值, 且最优值大于经验值; 进口折转角对泵扬程和效率影响较小. 因此, 设计导叶时可优先确定其他关键尺寸, 再通过调节进口折转角改善导叶的结构.     

离心压缩机进口可调导叶尾缘自诱导吹气数值研究

设计一种可进行尾缘自诱导吹气的可调导叶,减弱动静干涉效果,降低叶轮所受气动载荷,提高叶轮的安全性.该结构通过压差作用,调控导叶尾缘流动现象,补偿导叶的部分尾迹,并以某带有进口可调导叶的离心压缩机为例,采用数值方法予以验证.结果表明,在0°开度下结构内流动不明显.随着开度增加,壁面分离加大,在导叶的面上压差加大,使槽道内部自诱导流动加强.在较低增加叶根尾迹强度的条件下,改善了导叶中部、顶部尾迹分布形式,使纯尾迹减弱为弱尾迹,使叶轮气动载荷降低.同时无外部补气,自诱导结构对机组外特性几乎无影响.     

管式电化学消毒反应器的流动特性及其参数模拟优化

为了提高电化学消毒反应器的传质效率,开发一种带有湍流增强组件的管式电化学消毒反应器.建立反应器物理模型,使用计算流体力学(CFD)研究添加湍流增强组件前、后反应器内部流场的变化,分析主要参数对阳极表面湍流强度的影响,考虑湍流增强对反应器压力损失的影响.结果表明:湍流增强组件通过其叶片的导流作用使流体产生螺旋流动,增大反应器内流体的湍流程度,促进传质效率;在反应器主要设计参数中,湍流增强组件的导流叶个数、导流叶扭转角度和导流叶至电极的距离对阳极表面湍流强度有显著影响;当参数组合为导流叶个数7个,扭转角度30°,导流叶至电极距离90 mm时,阳极表面湍流强度为12.68%,相比无导流叶条件下提高了44%,但也使反应器的压力损失有所增加.     

柴油机旋流器导流片参数对气体流动的影响

研究柴油机旋流器导流片的形状尺寸对导流片之间气体流动性能的影响.使用CFD软件对导流片间的二维流场进行模拟计算,在不同导流片形状参数下,对计算得到的评价导流片导流性能的参数--出口气体平均流速和流动损失系数进行了对比.计算结果表明,当导流片出口角较小,出口直段较长,导流片圆弧半径较大时,出口气体水平平均流速较大;导流片出口角较大、入口和出口直段较短、圆弧半径较大时,流动损失系数较小.计算结果与旋流器的稳流试验结果基本一致.     

井下涡流工具结构参数优化

涡流工具的作用是将气液进行分离,气液分离效果越好,涡流工具作用效果越好,为了提高气井涡流工具排液采气工具的工作效率和使用效果,进行了涡流工具的结构参数优化研究。运用SolidWorks和Fluent流体模拟软件,建立了涡流工具气液两相流场模型。从液相分布、切向速度、轴向速度三个角度分析螺距、导流叶片高度、内径、导程倍数、叶片数对涡流工具作用效果的影响,通过正交试验分析最优的涡流工具参数组合。结果表明,当涡流工具参数为：内径54mm、螺距200mm、叶片高度20mm、1倍导程、单叶片时,涡流工具作用效果最好。研究结果可以为现场涡流工具的优选和使用效果的提高提供依据。     

脉冲进气条件下弹性约束导叶可变几何涡轮性能研究

文中基于可调涡轮弹性约束导叶的概念,采用流固耦合方法研究了在脉冲进气条件下,弹性约束导叶涡轮的非稳态特性以及脉冲幅值和频率对其性能的影响,通过与传统可调涡轮对比,分析了弹性约束导叶可调涡轮性能发生变化的原因.结果表明,脉冲进气幅值越小,频率越低,弹性约束导叶可调涡轮相对传统可调涡轮流量提升率越大,输出功率提升率越大,效率下降率越低.通过对转静子进口气流角以及导叶出口压力损失分布的分析,论证了弹性约束导叶涡轮性能对脉冲幅值和频率发生变化的原因.      

微型燃气轮机向心透平导向器的流场分析与设计研究

对微型燃气轮机向心透平导向器叶片型线的设计原则进行了探讨,设计出了5种尾缘厚度的导向器叶片,并分别对其通道流场进行了全三维黏性数值模拟.研究结果表明:以该型线设计原则设计出的高亚音速向心透平导向器叶片具有较高的流动效率,并且可以有效减小向心透平的径向尺寸;尾缘相对厚度对导向器叶片流动特性及效率影响较大,尾缘相对厚度每增加1%.叶轮进口气流角将减小约0.03°,速度系数将降低约0.1%.考虑到目前高温合金精密铸造的工艺水平,导向器叶片尾缘厚度取0.6~1.0 mm、尾缘相对厚度小于15%可以获得较高的气动性能.     

无磁仿真转台用凸轮转子马达叶片干扰力矩

介绍了一种新型的无磁仿真转台用凸轮转子连续回转电液伺服马达的工作原理及特点.通过对其叶片的系统受力分析,得出马达波动力矩产生的机理.利用Matlab软件对马达低速运行时,叶片产生的干扰力矩进行了仿真,并对不同减压阀出口油压及不同叶片厚度下的干扰力矩进行对比,得出相关参数对该类型马达力矩波动产生的影响.为解决该类液压马达存在的低速速率波动现象提供了一定的理论依据.