串列叶栅的轴流式冷却风扇流场计算

目的 为满足装甲车辆对风扇的风压和流量的要求,提出一种新的风扇型式,以使冷却风扇在限定的尺寸下,不但风量大,而且风压高。方法 利用欧拉方程对串列叶栅式冷却风扇的流场做了计算。为了得到比较精确的边界值,计算中构筑了贴体计算网格。结果 串列叶栅的风扇叶背流动分离较小,叶片的弯曲度较大,且由于叶栅马赫数曲线分布较饱满,使懈扇静压的较大提高。结论 理论研究为后续的实验研究提供了技术基础。     

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。     

吸力面翼刀高度对压气机环形叶栅流场的影响

为研究不同高度的吸力面翼刀对压气机环形叶栅流场结构及性能的影响,采用三维定常N-S方程和Realizablek-ε湍流模型,对CDA环形叶栅和同一叶展位置安装的4种不同高度吸力面翼刀的叶栅三维黏性流场进行数值模拟.结果表明:加装吸力面翼刀后,各方案叶栅端壁附近周向压力梯度减小,二次流动得到有效控制.各翼刀方案的叶展中部流动状况均较原型叶栅改善,分离线高度均显著降低.叶栅能量损失系数随吸力面翼刀高度的增加先减小后增大,在计算范围内,吸力面翼刀高度为3.3 mm的方案可较好控制环形叶栅内的二次流动.     

基于叶素-动量理论的冷却风扇风量计算方法

将风力机经典叶素-动量理论应用于车用轴流式冷却风扇,建立了冷却风扇几何参数、风扇转速与风量的关系理论模型.该模型根据冷却风扇与风力机能量转换的差异,对经典叶素-动量在叶素载荷方向、出入口边界条件等方面进行了修正.随后,基于实验测量和计算流体力学的方法对风扇风量理论计算模型进行了验证.结果表明,风扇风量的理论计算方法不仅能够反映风量随风扇转速的变化规律,且具备较高的计算精度.在该模型中,理论算法与实验结果的平均相对误差为3.57%,与计算流体力学所得结果的平均相对误差为5.03%.     

不同攻角下水轮机导叶流道湍流特性研究

采用κ-ε湍流模型对不同导叶攻角下的导叶流道进行三维数值模拟,采用SIMPLEC算法实现速度、压力变量的分离求解。计算结果表明,导叶压力面的压力系数随着攻角增大而明显增大,而吸力面的压力系数随着攻角增大而明显减小。随着攻角增大,导叶边界层提前分离,形成脱落涡,导叶的升力明显增加。在导叶出水边的尾迹涡,其湍动能很大,随着流动进入转轮流道,引起水轮机水力振动。     

月面重力场下表取采样末端执行器与月壤作用仿真分析

为研究月面重力场下表取采样末端执行器与月壤作用关系,使用离散元法对铲挖取采样进行了仿真。结果表明:挖取阻力矩随转速和重力场增大而增大,但随入土角减小而增大;铲取阻力随速度、入土角、重力场增加,其均值和峰值呈增长趋势。入土角45°时,月面下的挖取阻力矩峰值比地面降低了73.5%,铲取阻力峰值降低了83.3%。分析表明:g/6重力场使得月壤更松软,铲挖斗内的重量减轻,这都将使阻力和阻力矩减小。研究结果可为表取采样末端执行器设计提供参考。     

全气膜冷却叶片表面换热系数和冷却效率研究

为了研究全气膜冷却涡轮导叶叶片的换热特性,采用瞬态液晶技术获得了叶片全表面的高分辨率换热系数和冷却效率.实验在三叶片两通道放大模型中完成,叶栅进口雷诺数是1.0×105. 叶片前缘有8排复合角孔,压力面有21排轴向角孔,吸力面有24排轴向角孔.气膜孔排由2个供气腔供气,前腔二次流与主流的质量流量比为4.56％,后腔为4.67％.结果表明:受叶栅通道涡作用,气膜出流在吸力面呈聚敛状,在压力面则呈发散状.气膜出流受气膜孔角度影响,气膜孔下游的换热系数和冷却效率都较高.叶片前缘受到冲击,换热强,冷却效率低;叶片吸力面冷却效率维持在0.4左右,压力面维持在0.35左右.该全气膜冷却叶片气膜覆盖效果较好,冷却效率和换热系数分布均匀,是一种较好的冷却结构.     

质量流量比对全气膜冷却叶片冷却特性影响的实验研究

采用瞬态液晶技术获得了全气膜冷却涡轮导向叶片全表面的高分辨率气膜冷却效率分布云图。实验在放大模型中完成,叶栅构成为三叶片两通道,叶栅进口雷诺数是1.0?05。叶片前缘有8排扩张型孔,压力面有21排轴向角孔,吸力面有24排轴向角孔。气膜孔排由２个供气腔供气,前腔二次流与主流的质量流量比为4.56%,后腔为4.67%。结果表明：受叶栅通道涡作用,气膜出流在吸力面呈聚敛状,在压力面则呈发散状。在三种质量流量比情况下,叶片平均冷却效率分布大体一致。随质量流量比的提升,叶片平均冷却效率提高,叶片前缘区域,气膜冷却效率提升更加明显。     

转轮分离器风量和转速对叶片流道涡的影响

研究转轮分离器相邻叶片间的流场对理解其气固分离行为非常重要。为此,该文利用粒子图像测速(particle image velocimetry, PIV)测量了不同转速、风量下转轮分离器叶片流道间的流场,然后利用坐标变换算法分析了相对切向速度和径向速度随转速的变化,并定量分析了叶片流道间旋涡的位置和涡量随转速、风量的变化。实验结果表明:在实验范围内,随着转速提高,旋涡先往转轮外部移动,再往转轮内部移动;随着转速提高,旋涡涡量先增大后减小;随着风量提高,旋涡位置变化不明显,而旋涡涡量不断增大;随着转速提高,总分离效率先升高后降低,切割粒径先减小后增大。这种非单调趋势可以用叶片间旋涡位置的变化和流道入口处相对切向速度的变化来解释。基于坐标变换的转轮机械流场分析可以避免拍摄时相机定位的误差,也便于分析气体相对于转动叶轮的运动。     

载荷分布对可控扩散叶型性能的影响

叶型吸力面和压力面等熵马赫数分布符合控制扩散规律,则其设计点损失小、低损失攻角范围大。为了研究可控扩散叶型载荷分布对叶栅气动性能的影响,建立了可控扩散叶型自动优化设计方法;并对叶栅进口马赫数为0.7的静子和转子叶型进行多个载荷分布设计,分析载荷分布规律对叶栅性能的影响。结果表明对于静子及转子叶型,载荷前移(至0.1倍相对轴向弦长位置)可抑制吸力面附面层发展,降低设计进气角损失、增大低损失攻角范围;吸力面峰值马赫数增大,吸力面靠前缘凸起程度越大,小攻角损失增加、最低损失对应进气角增大。     

叶根前缘VG对微型轴流风扇性能的影响

为降低微型轴流风扇叶根端壁区域二次流所引起的损失,根据涡流发生器的流动控制思想,提出一种在叶根前缘压力面侧设置微型直板的新型流动控制方法;以某微型轴流风扇为研究对象,采用数值模拟结合实验的方法,重点分析了不同安装角的涡流发生器对轴流风扇气动性能及内部流场的影响;研究结果表明：涡流发生器存在提高风扇静压与静压效率的最佳几何安装角,涡流发生器会对叶轮内部流场产生影响,由涡流发生器所形成的诱导涡与压力侧马蹄涡分支进行掺混,会削弱马蹄涡的强度,在一定程度上抑制了由马蹄涡参与演变成的通道涡的发展,使叶轮流道中流体进行再分配;在宏观方面,结构匹配的涡流发生器可提高风扇的气动性能,当涡流发生器安装角度为15°时,在风扇高效运行区间内同原型风扇相比,安装涡流发生器的风扇其静压最多提高8％,静压效率最大可提升2.4％。对于大轮毂比微型轴流风扇,由通道涡所引起的二次流损失不容忽视,同时在对叶轮进行设计优化时应重视叶根端壁处的结构设计。     

加速型IGV对高负荷轴流风扇性能影响研究

目的 为了进一步提升小型高负荷轴流风扇在微小空间的高通流及高负荷能力,提出一种加速型进口导叶(IGV)结构设计方案。方法 采用三维设计软件Pro/E设计不同加速型IGV,通过数值模拟方法研究其对风扇不同流量系数下的压力系数、全压效率以及流道损失的影响。结果 采用加速型IGV使得风扇流道内通流能力增强,叶片尾缘气流延缓分离,下游流动更加均匀;随着进口气流加速程度的提高,设计工况点全压效率基本呈单调递增的趋势;相比无加速IGV风扇,当IGV加速程度为1.1、1.2时,在设计工况点,风扇压力系数提升百分比为1.61%,1.24%,效率分别提升了3.49%,5.05%;IGV的加速程度从1.0增至1.5时,风扇效率提高6.69%。结论 在小型高负荷轴流风扇中,加速型IGV与无加速IGV相比,加速型IGV对风扇压力系数以及效率的提升具有更优的效果,并且IGV加速程度也并非越大越好,当加速程度为1.1、1.2时风性能表现最优,为小型高负荷轴流风扇的研究提供相关设计参考。     

轴流风机变环量设计的研究

轴流风机设计就其气流轴向速度和速度环量的分布规律而言,有等环量和变环量两种。本文在分析变环量速度分布规律的基础上,在微型高速风机研制中尝试进行变环量直叶型的设计实践,并具效率高、噪声低、制造工艺简单等。     

轴流旋风分离器特性的数值模拟

为了研究轴流旋风分离器的性能,主要分析2.5~6m/s风速下叶片间距、旋转角度及排尘间隙对旋风分离器阻力和切向速度的影响.结果表明:旋风分离器的阻力随风速的增大而增大;叶片旋转角度对旋风阻力影响不大,但旋转角度的增加可增大最大切向速度;叶片间距变化对阻力和切向速度的影响很大,在6m/s风速下,叶片间距12mm较16mm时阻力增加31.1%,切向速度增大11%;排尘间隙变大可明显增大阻力,对切向速度影响较小.叶片间距为16mm,叶片旋转圆周角为90°,排尘间隙为7.15mm的旋风分离器对A4粗灰的分离效率可达85%以上.本研究结果为轴流旋风分离器几何参数设计提供了依据.     

风电机组叶片流固耦合的数值模拟方法

 以某5 MW 风电机组叶片模型为对象,研究一种适用于风电机组叶片流固耦合数值模拟的风轮旋转模拟方法。以风切变形式模拟风轮旋转及来流风速的综合效应,对叶片各截面翼型的扭角进行修正,建立风电机组叶片的风轮旋转模拟模型,利用有限元法模拟风电机组叶片的风洞流场实验,仿真模拟旋转效应下风电机组叶片的周围气压、绕流分布、表面压力及结构位移,并进行数据交叉迭代求解,得到风电机组叶片的流固耦合结果。与额定风速均匀来流条件下的初始模型计算结果和文献实验结果进行对比分析,验证了风轮旋转模拟方法的可行性。     

高速列车空调冷凝风机的变频应用研究

列车在高速运行中表面产生的负压使冷凝风量相继减小.通过数值模拟计算不同车速下冷凝风机入口的平均负压值和冷凝风量,结果表明,高速工况下的负压影响冷凝风机正常运行.选取大容量冷凝风机并采取变频调节方式,建立以冷凝温度为反馈信号的PID控制方式,比较不同车速下定频与变频运行所消耗的功率,得出变频运行冷凝风机在列车低速运行时具有良好的节能效果和一定的变工况适应性,为变频技术在列车冷凝风机上的应用提供了技术依据.     

空调用多翼离心风机叶轮的性能预估

采用二维粘性数值模拟方法对三个不同参数的空调用多翼离心风机叶轮进行了数值计算，分析了空调用多翼离心叶轮的内部流场，预估比较了三个叶轮的风量静压性能．预估结论与试验结果相符，说明了在空调用多翼离心风机设计中可以采用数值模拟技术对叶轮性能进行预估，以减少实物模型试验，缩短产品开发周期，降低产品开发成本。     

椭圆形进口集流器对多翼离心风机性能影响的实验研究

针对中央空调中广泛使用的多翼离心风机,设计了一种新结构的椭圆形进口集流器,实验研究了这种集流器对风机性能的影响.研究结果表明:适当增加集流器出口面积有利于改进风机的气动性能,但同时噪声有所提高;相比传统集流器,具有合理参数及安装位置的椭圆形集流器能够更好地提高风机的综合性能.当椭圆形集流器的偏心角θ为0°、偏距比ε1和ε2均为0.067时,风机在变转速工况范围内的风量增加了8.8%～12.8%,总效率提高了1.7%～4.6%,噪声降低了0.4～0.6dB;当θ为30°、ε1和ε2均为0.067时,风机风量增加了2.5%～6.0%,总效率提高了0.6%～1.4%,噪声降低1.2～1.5dB.实验结果为改进前向多翼离心风机的性能提供了一条可以继续探索的途径,也可为完善该类风机的设计方法提供参考.     

微型轴流风扇扭叶片设计及其气动分析

通过推导微型轴流风扇叶片出口轴向速度沿叶高的分布方程,提出了一种考虑轴向速度非均匀性的扭叶片设计方法.通过计算流体动力学(CFD)技术,对利用该方法所设计的各种形式扭叶片的气动性能及其变工况时的气动特点进行了数值研究,并比较了工作于自模区与非自模区风扇的气动性能差异.研究结果表明,与自模区的风扇相比,非自模区的风扇压力曲线没有最高压力点,随流量减少压力几乎呈线性增加,且无失速点;效率曲线则显得更为平坦;按刚性涡设计的扭叶片虽效率低,但风压高;提高叶轮的轮毂比有助于提升风扇压力与效率.