端壁翼刀在跨音速压气机环形叶栅中的应用

为研究端壁翼刀对跨音速压气机环型叶栅特性及二次流的影响,采用三维定常N-S方程及Realizablek-ε湍流模型,在跨音速下对可控扩散叶型的压气机环形叶栅进行加装不同周向位置和不同高度端壁翼刀情况下叶栅流场的数值模拟.结果表明:合理选择翼刀安装位置、高度,可有效控制压气机叶栅的二次流,降低叶栅的总损失.加装在距叶片压力面50%节距处、高度为3.3 mm的翼刀设置方式为最佳翼刀设置方式.     

高负荷扩压静叶中附面层抽吸策略的设计与优化

以某高负荷、大折转角扩压静叶为研究对象,采用数值方法进行了二维叶型和全三维流动层面的附面层抽吸策略设计与优化研究.从流动机理和作用机制出发,揭示附面层抽吸减小流动分离、改善压气机性能的原因.研究结果表明,在实施二维叶型的附面层抽吸时,效果最佳的抽吸位置位于流动分离起始点后的临近区域;进行三维抽吸时,采取叶片表面全叶高抽吸缝和下端壁沿流向抽吸缝的复合抽吸方式,可以有效地控制静叶吸力面及角区的强三维分离流动,改善叶栅流动条件,提高性能.     

分流叶片位置对平面叶栅流动分离的影响

为更好地控制叶栅流动分离,提出一种在叶栅内部设置分流叶片的流动控制方法.采用数值模拟方法对比在不同攻角下有无分流叶片对叶栅性能及流动损失的影响,结果表明:分流叶片在大攻角条件下,更能提高叶栅的气动性能;选取攻角为11.7°,设计具有不同位置分流叶片的平面叶栅,对比分析发现分流叶片能够提高叶栅的做功能力.分流叶片轴向位置与周向位置存在最优组合,当分流叶片在周向与大叶片吸力面距离为28％弦长时,叶栅气动性能最佳,距离增大或减小均会恶化叶栅性能;轴向位置上,当分流叶片位于大叶片前缘处时,能够抑制尾缘边界层分离,减少流动损失.     

压气机叶栅间隙流动的数值研究

通过加装叶顶小翼来控制叶栅间隙的气体流动已受到广泛关注。本文采用计算流体力学方法,对叶顶间隙流动进行数值模拟。结果表明,加装吸力面小翼可以延缓间隙泄漏涡的形成,降低泄漏涡的强度。在不同的叶顶间隙下,吸力面小翼的加装都能相应地降低泄漏涡的强度。在降低叶顶泄漏涡与主流混合损失的同时,提高了叶栅的气动性能。     

叶栅叶型正反设计的伴随优化方法

针对基于流场Navier-Stokes方程求解的叶栅叶型正反问题设计优化中,计算量随设计变量数目急剧增加的问题,采用伴随方法建立了集叶片几何参数化、网格生成、流场求解、伴随场求解与优化求解于一体的优化求解方法。针对反问题设计中目标控制参数分布难以给定的问题,通过分析叶栅叶型正问题优化求解结果,给出了反问题优化求解所需的较优目标压力分布。利用自主程序完成了以减弱或消除流动分离、提高叶栅气动性能为目的的叶栅叶型正、反问题自动优化求解,优化后的叶型叶栅总压损失系数分别降低了5.69%、4.50%。研究表明,叶栅叶型吸力面曲率的减小、叶片前加载和中后部逆压梯度的减小,可有效抑制叶片尾缘附近的流动分离。该研究工作对发展高效宽工况叶栅叶型设计技术具有一定的参考价值。     

来流特性对高速扩压叶栅端壁射流旋涡的影响

在进口马赫数Ma=0.67的高速平面扩压叶栅上,开展了不同来流附面层厚度和湍流强度对端壁射流旋涡发生器控制效果的影响研究。结果表明,与来流湍流强度相比,进口附面层厚度对栅内流动的影响更大,随着其厚度的增加,栅内二次流动增强,损失增大;来流湍流强度对叶栅气动性能的影响减弱。射流旋涡在较小附面层厚度条件下减小栅内损失的效果随着湍流强度的增加而减弱,甚至会恶化其气动性能;而当附面厚度较大时,射流穿透能力减弱,湍流强度的增大将减小射流旋涡上洗区掺混损失并减缓其下洗侧与吸力面间端壁附面层的发展,叶栅气动性能的提高更加显著。当δ=15%H、T_u=10%时,射流旋涡使得栅内损失减小达8.4%。     

对转压气机三维掠动叶优化设计

为探索三维掠动叶降低对转压气机二次流损失的潜力,进一步提高对转压气机气动性能,基于近似函数与遗传算法,针对某对转压气机双排转子在整机环境下进行三维掠动叶优化设计,并对优化前后流场进行对比分析。优化成功的得到了双排“S”形掠动叶,结果表明:三维掠动叶有效改善了双排动叶吸力面径向二次流,减小了吸力面低速区,提高了对转压气机性能,优化工况点整机效率提高0.6%,全工况范围内效率均有所提高；三维掠动叶提高对转压气机效率的根本原因是其对径向负荷分配的重新调整,将叶展下方流动较差区域负荷移至叶展上方,改善流场的同时保证对转压气机负荷不变。      

具有叶顶间隙轴流叶栅流动数值模拟

采用人工可压缩性方法对具有叶顶间隙的轴流叶栅内湍流流动进行了数值模拟.结果表明,叶顶间隙的减小使间隙涡产生过程延缓,强度的衰减速度增大,作用范围减小;间隙涡涡核沿流动方向由吸力面侧逐渐向压力面侧移动,叶项间隙存在使叶片表面压力系数有所降低,在叶尖附近降低尤为显著,随间隙减小叶片中间区域及根部受间隙的影响较小;间隙的存在导致主流速度明显降低,叶尖附近的二次流速度明显增大,尤其当间隙为2%～5%的弦长.     

透平动叶栅二次流涡系演变及气动特性的数值模拟

采用控制容积积分法和协调一致的求解压力耦合方程的半隐算法，数值求解了三维稳态时均N－S方程组，并应用可实现k-ε湍流模型，计算 低展弦比透平叶栅二次流涡系的演变特点及叶栅气动特性。计算结果与现有的试验结果吻合良好，表明所用的数值方法及湍流模型适用于模拟存在复杂涡系的叶栅流动，计算结果表明，与静叶栅相比较，由于动叶栅的折转角较大，且气流膨胀加速程度较小，通道内横向压力梯度对涡系的发展及叶栅的气动特性产生了更为显著的影响，使得马蹄涡压力面分支在叶栅流道进口区域即与端壁上的横向流动相融合，并很快发展成强度较大的通道涡，马蹄涡吸力面分支也会较早地受到通道涡的卷吸而消失，以致叶栅的能量损失显著增大，出口气流角沿高度方向分布也很不均匀。     

高负荷低展弦比涡轮流动机理

为满足固体推进剂涡轮火箭发动机高负荷、高效率、低展弦比涡轮设计要求,对发动机涡轮进行初步设计.采用哈尔滨工业大学编制的叶型编辑程序,设计单级膨胀近似为4的涡轮动静叶叶型,采用NUMECA软件对所设计的涡轮动静叶流场进行数值计算.结果表明:高膨胀比涡轮动静叶整个流道内均出现超音速流动,采用缩放通道可减小激波损失;静叶出口马赫数较高,产生的尾缘激波与相邻叶栅吸力面相交,使吸力面马赫数波动,产生逆压梯度,增大了流动损失;在动叶中,端壁附面层内二次流沿壁面汇聚到吸力面中部,使吸力面中部损失增大.     

离心级联基本全分离因子的计算与分析

离心级联分离多组分稳定同位素可以用一组含有单位相对分子质量差下的基本全分离系数的方程表示。通过对不同形式的离心级联进行丰度计算,得到任意两种组分间的全分离因子与它们的相对分子质量之差成指数关系。对矩形级联中各种参数,如级联分流比、供料丰度、以及单机的基本全分离因子等,对于级联的基本全分离因子的影响进行了详细的讨论,得到了级联基本全分离因子同各种参数的关系曲线,确定了基本全分离因子为影响级联分离性能的重要参数之一。     

离心级联的流体状态模拟

离心级联的流体状态是影响级联分离效果的重要因素。为了得到满足水力学要求的级联设计参数,在原有的离心级联水力学暂态流模型的基础上,对阀门的计算方法进行了改进,并且添加了管道流量(或压强)自动调节器模型,使级联可以根据设计要求对水力学状态进行自动调节。数值计算的结果表明,该方法可以得到满足水力学要求的级联设计参数,简化了级联水力学状态的调整过程。由此得到的级联的各设计参数可以作为实际级联的调整和设计的参考依据。     

离心级联全分离因子的实验数据分析

在离心级联分离多组分稳定同位素过程中,找出组分间的全分离因子同它们的相对分子质量差之间存在的确定性关系,有利于级联的分离计算和实验研究。建立了实验数据可靠性分析原则,确定了符合实验条件的数据;得到在定常态下短离心级联中,任意组分间的全分离因子与其组分间的相对分子质量之差存在指数关系。应用所建立的级联全分离因子关系式,对文献中发表的离心级联分离稳定同位素的实验数据进行了分析研究和补全工作。     

离心机特性参数的水力学分析

级联水力学的研究对离心级联分离同位素的效果以及级联的运行有着重要的影响。特性参数k和δ是影响离心级联水力学状态的重要参量。文中采用解析方法研究了k和δ对静态级联水力学的影响,并用数值方法加以验证。分析结果表明,只有在特性参数取某些特定的取值,即只有k和δ取值范围在k=1,δ=0;k=1,δ>0;k<1,δ>0;k<1,δ<0;k>1,δ<0时,所研究的模型级联才能工作在要求的工作点,得到各级相同的状态,并具有较好的静态特性。数值方法得到相同的结果。所得到的结果可用在离心级联设计和分析中。     

平面跨音速叶栅的优化设计

根据最优化理论建立了平面跨音速叶栅优化计算的数学模型，以跨音叶栅气动正问题的求解为基础，以叶栅损失系数ξ为目标函数，并考虑适当的约束条件，应用最优化方法，通过反复搜索，自动给出在一定条件下性能最佳的叶栅。从两种叶栅的优化设计的结果表明：优化后叶栅流场的特性得到了明显地改善，损失下降，将优化计算在叶轮机械设计领域内的应用向前推进了一步。     

一种新型斩波式串级调速系统

在深入分析斩波式串级调速的基础上，提出了一种全新的斩波器控制方法，消除了逆变器的换流重叠现象，根除了逆变颠覆的危险；并且推导出了斩波式串级调速转于回路的传递函数，构成了闭环控制系统；实验结果和仿真波形表明，该控制方法正确可行．     

一种快速生成p元级联统一序列的迭代算法

通过对级联统一序列和移位序列的研究，提出了一种快速生成p元级联统一序列的算法，该算法采用迭代的方式，借助级联GMW序列和相应内部序列的移位序列能够快速生成级联统一序列，该算法克服了迹函数算法复杂的弊端，降低了运算复杂度，比以往的生成方法简单易行且易于理解，有利于工程人员快速方便地进行序列的软硬件实现。     

The real time cascade generalized predictive control and application to a boiler circuit system

Boiler-circuit system in a circulating fluidized bed conrbustion boiler is a complex and typical industrial process with a large lag and time-delay. Conventional PID algorithm can not obtain satisfied performance, especially in the presence of disturbance. A cascade generalized predictive control (CGPC) strategy, is which the inner loop can restrain the disturbance while the outer loop can eliminate the offset, is proposed in this paper. We develop cascade GPC algorithm instead of conventional PID algorithm in the boiler-circuit system. Simulation on experimental boiler-circuit models of circulating fluidized bed combustion boiler shows strong robustness.     

附加供料离心净化级联的实现

为了降低用离心级联净化浓缩铀产品时净化级联精料端轻杂质的含量,研究了一种附加供料方法。通过给离心净化级联附供氟利昂C6F12,加大了离心净化级联精料端的杂质取料量,避免了轻杂质积累,保证了离心机的安全。以核燃料中典型的金属杂质C rO2F2为例进行计算表明,产品中金属杂质小于1×10-6,通过调节氟利昂的供料比例,净化级联末级的轻杂质含量可以限制在3%以下或更低,杂质中235U F6的丰度小于5×10-6。通过附供C6F12可以实现用离心级联净化核燃料的目的。     

任意旋成面跨音速叶栅流动的一种高效率解法

提出了任意旋成面叶栅跨音速绕流的一种高效率解法。导出了以Ｖｏｎ Ｍｉｓｓｅｓ 坐标为自变量的任意旋成面叶栅中流动的流线控制方程；简单而有效地处理了速度的双 值问题。用数值方法研究了流面半径和流片厚度随轴向变化对于流动的影响。