水力机械过流部件的联合作用

利用有限单元法给出水轮机和水泵中相邻过流部件联合作用的解法.计算针对绝对流场进行.给出了绝对流场中运动叶栅边界条件的引入方法.解法适用于过流部件间没有相对运动和有相对运动;部件所对应的叶栅是环列多列叶栅或直列多列叶栅等情况.为研究水力机械中部件之间的相互影响,以及与此有关的不稳定特性等提供一种手段.     

混流式水轮机导水机构二重叶栅的流动

阐述了用计算流体动力学CFD（Computational Fluid Dynamics）技术研究水轮机导水机构二重叶栅内部流场性能变化的方法,研究了不同工况流场的速度、压力及二重叶栅能量损失的变化规律,数值解析结果与实验结果吻合。研究表明,导水机构内部流场的变化直接影响到转轮进口流动条件和水轮机运行的稳定性,数值解析结果对优化设计及安全运行具有指导作用。     

不完全蜗壳水轮机引水部分的实用优化设计

不完全蜗壳水轮机的引水部分对于水轮机性能及平面尺寸有重大影响。传统的设计方法是通过简单计算和凭经验进行的,很不完善。介绍一种新的工程上实用的优化设计方法,通过对进水流道、蜗壳的蜗形部分以及双排叶栅分别进行流动分析和优化计算进行设计。其蜗形部分不采用速度矩为常数的假设,固定导叶的形状沿圆周是变化的,以便与来流相适应; 固定导叶与活动导叶两环列叶栅之间的相对位置是由优化计算确定的。实验证明,这种设计方法对于提高水轮机的效率或减小平面尺寸是有效的     

新的多重网格算法在压气机流场计算中的应用

根据在流场数值计算中使用多重网格方法可以加速收敛的原理,在叶栅流场控制方程使用有限体积差分法进行离散的前提下,提出了一种新的4重网格方法来加速求解压气机叶栅可压缩流动,该方法可以与显式时间推进法有效配合使用。通过对NASA67超音速轴流压气机叶栅流场的数值计算表明,该方法明显加快了流场计算的收敛速度,并且计算结果与试验结果吻合较好。     

水轮机固定导叶与活动导叶的相互影响

本文通过对在专门研制的环盘式双列叶栅实验装置上所进行的固定导叶与活动导叶实验的分析,认为水轮机的固定导叶与活动导叶圆周方向的相互位置对导叶区域水流的特性和水力损失影响较大,指出了对称型和正曲率型活动导叶与固定导叶的最佳相对安放位置和流场的不同特性;建立了水轮机设计时确定固定导叶与活动导叶相对安放位置的经验公式;并分析了高水头低比转速水轮机导叶汽蚀破坏的主要水力原因。     

用奇点系法设计各种类型水轮机水泵转轮的研究

本文提出一种转轮水力设计的新方法,它不仅适用于各种比转数的混流式水轮机和斜流式水轮机,而且也适用于各种比转速的离心泵和混流泵。该方法是采用分布在转轮叶片假想骨线上的奇点系来代替固体翼型对水流的作用,对所研究之速度场进行分析计算,从而得到被代替之翼型。该方法实质上是解环列翼栅的绕流问题,该方法的特点是能够在设计中有目的地控制及计算出沿翼型表面各点的速度和压力分布,从而可以予先计算出转轮的汽蚀系数和设计出汽蚀性能较好的转轮。本文从环列翼栅的特点出发,推导出一些相应的计算公式。     

任意旋成面叶栅边界层和损失计算

本文应用变分有限元方法和边界层理论对实际叶栅内部流场进行了数值计算,求出了中心势流场的速度和压力分布、型面边界层特征参数、叶栅损失系数及型面摩擦损失系数。计算结果与实验数据吻合较好。文中所建立的方法和编制的计算程序可用于对轴流式或离心式叶栅进行计算,并以此判断叶栅性能优劣,改善叶型和设计高效叶栅,减少不必要的试验经费。     

任意旋成面叶栅内粘性流场的数值计算

介绍了一种用于任意旋成面叶栅内粘性流场计算程序。以有限体积显式时间推进方法为基础,用粘性体积力方法模拟湍流粘性流动,用局部时间步长和多重网格方法提高计算效率,方程中的自变量选取在控制体顶点。计算了Ｈｏｂｓｏｎ冲动式叶型内部流场,ＮＡＳＡ３７＃低展弦比跨音速压气机转子在两个叶高回转面上流场,Ｓａｎｚ超临界压气机叶栅内部流场。计算结果与实验结果和设计结果进行了比较,从而证明本方法能够快速、准确地模拟叶栅内部的二维流动和转子内部的三维流动。该方法是对全三维粘性流场计算程序的一个补充,具有较强的工程实用意义。     

水轮机流场可视化系统设计

根据水轮机结构特点，开发了模块化、人机对话式的三维水轮机流场可视化系统。对固定导叶、活动导叶、蜗壳、转轮及尾水管五大部件设计了相应的数据存储格式、数据处理系统、功能模块、用户界面和图形编辑系统。系统管理采用命令文件树结构的设计方法，使开发和使用具有灵活方便的特点。水轮机流场可视化系统实现了对水轮机各过流部件的流场特性、效率特性、空蚀特性及水流稳定性的图形显示功能。     

基于圆柱面的高负荷叶型设计方法研究

与平面相比,圆柱面能更好地近似涡轮通道内流体流动的路径.因在圆柱面上定义、修改叶型的需要,发展了一种新的三维叶型设计方法.同时探讨了不同于传统二维平面叶栅流场计算方法的三维曲面叶栅流场计算方法.设计与数值模拟结果表明,该方法能快速、高效、可靠地设计出理想的叶型.     

端壁边界层抽吸对透平静叶栅二次流影响的数值研究

湿蒸气透平静叶栅的端壁抽吸槽常用来抽除沉积水膜以防止动叶片水蚀,但它也有可能同时用来抽除端壁上边界层以抑制二次流的发展．作者采用有限体积差分法求解了三维稳态时均ＮＳ方程组,分析了在叶栅前缘附近进行端壁边界层抽吸对透平静叶栅二次流流场、气流偏转角及总压损失系数等气动特性参数的影响．计算结果表明,在前缘附近抽吸端壁边界层可以抑制马蹄涡的发展,减弱通道涡的强度,从而减小二次流损失并提高出口气流的均匀性．     

壁面局部振动的二维管内流动分析

通过求解二维雷诺时均Navier-Stokes方程,对壁面局部振动的二维管内流场进行数值模拟,分析边界条件在不可压缩计算及可压缩计算情况下对壁面局部振动流动状态的不同影响.研究表明,在不可压缩计算情况下,总压入口条件相对于速度、质量流量入口条件限制少,壁面振动可同时影响振动壁面上、下游的流动参数.在壁面振动管道内,尽管马赫数Ma0.3,可压缩流体的流动现象是完全不同于不可压缩流体的.边界条件对于高频振动计算结果的影响比低频振动计算结果的小.因此,在模拟燃气轮机小幅高频振动叶栅的实际工程问题中,必须采用可压缩计算.在相对平缓、充分的入口段条件下,仍然可以采用常规模拟叶片绕流时的速度入口边界条件进行计算.     

后加载和高负荷前加载叶型气动性能的试验研究

采用平面叶栅和环形叶栅吹风试验对后加载和高负荷前加载叶型的气动性能进行了详细的测量和研究.在平面叶栅吹风试验中,测量了2种叶型的压力系数分布,研究了攻角、相对栅距、安装角和马赫数的变化对叶型能量损失系数的影响规律.在环形叶栅吹风试验中,测量了2种叶型的近叶顶、中叶高和近叶根处的压力系数分布以及能量损失系数沿叶高的变化规律.对后加载和高负荷前加载叶型的三维成型规律进行了讨论.试验结果表明:高负荷前加载叶型相对于后加载叶型具有更大的负荷特性;高负荷前加载叶型在采用较大的切向弯曲后可以抑制二次流的发展和减少二次流损失;前加载叶型和后加载叶型均具有优良的气动性能.研究结果对于拓宽高性能叶型在汽轮机中的应用提供了理论基础和技术支持.     

用积分方程法设计轴流泵叶轮

介绍了一种新的轴流泵叶轮的水力设计方法，推导了求解叶轮Ｓ１流面流动的积分方程。轴流泵叶轮的水力设计是以有厚叶栅的正问题计算作为基础，通过正、反问题迭代来完成的，它较传统的设计方法（奇点法、升力法）能更好地满足设计扬程的要求。实例计算表明，结果合理，叶轮型线光滑，程序运行时间用４８６微机约５ｍｉｎ，因此是一种实用的设计方法。此外，该设计方法也可用于轴流式水轮机转轮的水力设计。     

汽轮机中压缸气动设计中的损失分析

运用计算流体力学(CFD)方法对300 MW汽轮机中压缸的3种反动式改型方案的内部流场进行了数值模拟.根据计算结果分析了不同方案下的流动特性和参数变化,给出了多级效率,并分析了引起级内损失的原因.计算结果表明,反动式与冲动式两种设计方法得到的叶片效率相近;而后部加载叶型能有效抑制二次流,从而降低叶栅损失;叶片的前缘直径及弯曲角度对流场中涡结构有明显的影响.     

Optimization Method for Turbine Airfoil Designing Using Genetic Algorithms, CFD and Parallel Computing

An optimization method to design turbine airfoils using a Genetic Algorithm (GA) design shell coupled directly with a viscous CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis code is proposed in this paper. The blade geometry is parameterized and the optimization method is used to search for a blade geometry that will minimize the loss in the turbine cascade passage. The viscous flow prediction code is verified by the experimental data of cascade, which is typical for a gas turbine rotor blade section. A comparative study of the blades designed by the optimization technique and the original one is presented     

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.     

涡轮叶片最小冷气需求量的一种估算方法

通过涡轮叶片内外表面对流换热与固体导热的耦合计算,建立叶片冷气流量与叶片壁面温度分布之间的关系,从而获得涡轮叶片最小冷气需求量。首先根据假定冷气流量进行耦合计算叶片温度分布,并从中获得叶片温度峰值;再依据这一温度峰值,逐步调整冷气进口流量,直到叶片温度场符合设计要求。计算得出叶片最小冷气量为燃气总量的4.43%,叶片最高温度为1 299.11K。结果表明采用本文的方法估算的燃气涡轮叶片的冷却空气量是合理的。     

采用边界层抽吸方法提高透平通流部分效率

介绍采用边界层抽吸提高透平通流部分效率的方法，给出了叶栅部次流损失与来流边界导位移厚度间的定量关系，通过边界层计算和透平级通流计算，确定合理的抽吸流量和相关的透平级通流部分主要结构尺寸，分析对透平极效率及热力特性的影响，对２００ＭＷ汽轮机高压缸的计算表明，主要抽吸技术，可使缸效率提高０．４％左右。     

乘用车液力变矩器研究现状与趋势

首先,概述了液力变矩器研发与应用中出现的新趋势.阐述了液力变矩器内流场测量与仿真计算、性能优化与关键结构参数分析以及液力性能预测计算等研究领域的研究概况.展示了液力变矩器相关研究领域的最新研究成果,主要包括:基于非均匀有理B样条的液力变矩器叶栅系统参数化建模方法,运用计算流体力学数值计算结果改进一元束流性能预测模型,基于格子Boltzmann方法的叶轮内流场仿真技术.最后,结合上述研究成果,讨论并展望了液力变矩器叶栅系统设计与分析自动化集成技术的实现方向.