直板型叶片扩压器流场的实验测量与数值研究

利用激光多普勒测速仪（LDV）测量系统测量了3个不同的工况下离心风机直板型叶片扩压器内部的三维速度场，并对叶片扩压器内部流场及其随流量变化的规律进行了分析．同时，在实验测量的基础上对整个实验风机进行了非定常数值模拟，并对比分析了扩压器内部及其上游流场的数值计算和实验结果．结果表明：数值结果与实验结果吻合得很好；沿着扩压器的流道方向气流的速度逐渐减小，非定常速度脉动也逐渐减弱，非定常速度脉动的频率和叶轮的叶片通过频率一致；随着流量的减小，扩压器的扩压能力逐渐增强，扩压器叶片压力面附近的低速区逐渐减小，扩压器上游及内部流场受蜗壳的盘、盖侧空腔影响逐渐增大．     

离心压气机无叶扩压器内部流动的实验测量和数值分析

对离心压气机无叶扩压器内部的流动进行地测量,实验在6种不同转速下进行,获得了径向速度、周向速度和静压恢复系数的分布规律,用SIMPLEC算法结合k-ε湍流模型对该无叶扩压器内部流动进行了数值模拟,计算结果与实验值基本吻合,结果表明：气流速度沿扩奢器宽度方向的分布是盘侧高一增侧,速度分布逐渐达到均匀,当提高转速时,气流速度沿扩压器宽度方向的变化较小,压力恢复系数在无叶扩压器前段增长较快,在后段增长缓和。     

2叶片潜水搅拌机叶轮内部流场特性

为研究2叶片潜水搅拌机叶轮内部流动规律,利用Fluent 6.3大型计算流体力学软件,采用RNG k-ε湍流模型和SIMPLE算法,对2叶片潜水搅拌机搅拌的污水处理池进行数值模拟,分析了2叶片潜水搅拌机叶轮内部流场、压力和速度环量的分布情况.结果表明:叶轮内从叶片工作面到叶片背面流体速度梯度、压强梯度明显;叶片工作面附近流体流速低、压力高,在叶片背面有高速区和负压区;叶轮进出口轴面速度均呈抛物线分布,进出口速度环量变化较为平缓;叶片出口轴面速度均呈近似等轴面速度分布,进出口速度环量呈线性规律分布;叶轮内部流动稳定,这种流型设计可以较好地减少2次回流,叶轮可以高效运行.     

旋转叶轮和叶片扩压器耦合的非定常流动计算

应用STAR-CD流动分析软件和PISO算法,采用滑移网格和多重旋转坐标系技术,全流场计算了旋转叶轮和叶片扩压器耦合的非定常流动.获得了不同时间周期的速度和压力分布,预示了叶轮和叶片扩压器相互干涉的重要流动特征.通过计算发现了以往采用单流道计算所不能发现的流动现象:由于蜗壳的存在,使得每一个流道内的速度和压力分布是非对称的,并随时间的变化而变化.因此,在叶轮机械设计中,要全面和整体地考虑叶轮、扩压器和蜗壳之间的相互关联和耦合及相互间的影响与反影响,不能孤立地分别研究.     

高比转速混流泵叶轮设计方法

基于二元理论，用FORTRAN语言编程实现了高比转速混流泵叶轮的水力设计．给出采用流线迭代法求解轴面流动，应用逐点积分法进行叶片绘形，在轴面上进行叶片加厚和在保角变换平面上进行叶片头部、尾部修圆的基本理论和方法；讨论了轮毂比、速度矩分布函数、叶片进出口边位置等对设计计算结果的影响．该方法有效地提高了设计效率，具有设计计算精度高、得到的叶片表面光滑、叶片表面数据齐全、便于数控机床加工制造等特点，为高比转速混流泵系列叶轮的研发提供了一个平台．     

大宽度无叶扩压器旋转失速特征的数值分析

采用二维方法,预先给定扩压器入口的射流-尾迹分布,忽略边界层的影响,对一具有大宽度无叶扩压器进行了数值模拟;分析了扩压器长度、叶轮叶片数目等因素对失速的影响.计算结果表明:对于宽度不同的扩压器存在不同的失速机理,相关结论和文献结果的比较也证实了该方法的正确性.     

百叶窗浓缩器叶片附近两相流场的实验及磨损预测

采用粒子动态分析仪(PDA)对百叶窗煤粉浓缩器内叶片表面区域的流场分布进行了详细测量,获得了叶片表面附近区域两相速度和流动角的分布。采用磨损率的半经验公式对叶片的磨损进行了预报,并进行了叶片磨损的工业实验。结果表明：叶片磨损严重的区域发生在叶片的下部;后级叶片较前级叶片磨损速度快;同一级叶片上,叶片后端磨损严重。     

多相泵叶轮准三维可控速度矩设计

以速度矩作为控制参数,推导多相泵叶轮中均匀流模型的准三维反问题计算公式,并给出叶轮叶片形状的反问题设计方法.通过选择合适的速度矩分布,进行叶轮的子午面反问题计算,对多相泵叶轮的叶片形状进行初步没计.对计算结果的分析表明,利用准三维方法进行多相泵叶轮的可控速度矩设计是经济且有效的.     

离心压缩机环列叶栅叶片不稳定脉动力的确定

考虑了近叶片相互作用，首次推出了周期非定常来流作用下环列叶栅叶片上不稳定脉动力计算公式．利用此方法可确定在叶轮叶片粘性尾迹作用下扩压器叶片上所受的不稳定脉动力．由计算公式可计算出叶轮结构参数、气流参数、扩压器叶片几何参数、扩压器叶片气流攻角等对扩压器叶片上不稳定脉动力的影响，为设计低噪声离心压缩机、通风机提供理论依据．     

轴流式叶栅内部流动变工况性能的计算分析

应用有限元方法求解不可压黏性流动Ｎ－Ｓ耦合方程,对ＮＡＣＡ叶型的叶栅在不同冲角的条件下,叶栅内部的流动作了较为完整的计算分析。结果包括叶片表面的压力分布、叶片表面法向的速度分布以及表面摩擦系数。在计算中,采用了Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ湍流模型和壁面函数以提高计算的速度。结果表明：冲角不仅对叶片表面的压力分布,而且对叶片附近的流动状态,特别是在叶栅流道的后半部,有很大的影响。     

压力能驱动的自搅拌反应器流动特性数值模拟

提出了一种新型自搅拌管式反应器,并采用数值模拟方法对新型自搅拌溶出反应器内的流体流动特性进行了研究.在搅拌转速不变的情况下,研究了不同入口流速对反应器内部流体流动的影响.结果表明:不同流速下,反应器内部轴向流速整体分布均匀,但反应器入口和出口的流体,由于受到扰动作用速度偏大,且靠近出口的流速低于入口附近流速.径向靠近壁面处速度稍大,靠近搅拌轴处速度略小,说明搅拌桨叶端部对流体作用更大.入口流速为8.3 m/s时,更利于反应器内环流的形成.     

主扇扩散塔结构与出口能量损失实验研究

矿井主扇扩散塔是矿井主通风机的能量回收装置.扩散塔内部耗能大小及出口能量损失多少受限于扩散塔结构形式.利用势流流场叠加原理,基于工程化的边界条件,设计了节能型扩散塔.借助扩散塔数值计算,确定了节能型扩散塔的最优断面扩大系数.通过多种工况的扩散塔模型实验,得出了扩散塔出口能量损失的分布与扩散塔入口速度间的关系,扩散塔实验模型出口断面的能量损失拟合曲线与数值计算的结果基本相似,揭示了主扇扩散塔结构形式与出口能量损失之间的关系.图11,表1,参15.     

混流水轮机转轮叶片最优化设计

用计及叶厚、有限叶片数影响及来流有旋的全三维设计理论及最优化技术中的单纯型法寻优，用ＳＷＩＦＴ法将反映包角、叶片流速及流动分离等约束的等式和不等式约束条件计入目标函数，以Ｖθｒ的分布为优化参数进行混流式水轮机转轮最优化设计的初步尝试。给出了理论、方法及算例，其中包括分别按汽蚀性能优化和按损失最小优化及多目标优化的结果。其中损失计入叶片正、背面及上冠下环的沿程损失和叶片进口撞击损失、出口扩散损失。     

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.     

斜流式泵喷水推进器内部流动不稳定性分析

为了揭示斜流式泵喷水推进器的内部流动规律,利用多重参考系法,选用标准k-ε湍流模型和SIM-PLE算法,对不同工况下斜流式泵喷水推进器进行了数值模拟,分析了泵内部流动与其不稳定性之间的关系及叶轮叶片表面的压力分布规律.结果表明：扬程系数ψ与Q/Qbep曲线在流量为0.65Qbep～0.67Qbep工况下出现了正斜率（Q为工况点流量,Qbep为最佳设计工况点流量）,主要原因是导叶进口轮毂处的回流撞击叶轮出口流动,使其产生流动分离,最终形成旋涡,导致内部流动不稳定,从而使压力上升;在流量为0.65Qbep和0.85Qbep工况下,导叶内均出现回流,回流区域及回流速度随流量减小而增大.模拟分析说明斜流式泵喷水推进器在小流量工况下运行具有不稳定性.     

深井离心泵的回归分析与数值模拟

选择了叶轮叶片出口安放角、叶片进口冲角、叶轮出口宽度及导叶进口宽度这4个几何因素,按中心组合试验方法,设计了30组方案．通过FLUENT软件,对冲压井泵的全流场进行数值模拟,获得了额定工况下30组方案的效率．采用四元二次回归方程拟合四因素与效率值之间的函数关系,通过求解回归方程以寻求最优几何参数组合．利用DesignExpert6．0．5软件对回归模型进行分析,得到二次回归响应面图．由图中发现：在给定的范围内,叶轮出口宽度对效率的影响最为显著,表现为等值线最密;导叶进口宽度与叶轮叶片出口安放角次之;叶轮叶片进口冲角对效率的影响最小,表现不显著．通过样机试制及试验,发现在设计工况下采用两级全流场的数值模拟值与试验值相当接近,误差在2％以内,验证了数值模计算的可行性．     

贯流泵装置出水流道进口区压力及速度场分析

为分析贯流泵装置出水流道进口区流场的非定常特性,在考虑水泵与流道的水力相互作用基础上,采用RNG k-ε湍流模型对贯流泵装置进行全流道的非定常数值计算。通过非定常求解预测的贯流泵装置能量性能数据与物理模型试验值进行对比,验证数值计算方法的可信度,分析出水流道进口区非定常压力及速度场的演变规律。结果表明:(a)贯流泵装置数值预测的扬程系数与模型试验结果的最大相对误差为3.15%,效率的最大相对误差为3.07%。(b)出水流道进口区轴面速度场的波谷数与导叶体的叶片数相同。(c)随着流量系数的减小,出水流道进口区的轴面速度场的波峰特征越趋明显,轴面速度的尾迹特征逐步增强。(d)水流经出水流道扩散,速度逐步减小而压力逐渐增大,出水流道进口区的脉动主频受叶轮旋转的影响很小,压力波动主要受导叶体进口流态和导叶体结构的双重影响。(e)不同工况时各监测点的主频及次主频均为低频脉动。     

旋喷泵叶轮内的准三元流动计算

采用任意准正交面方法求解旋喷泵叶轮内准三元流场．通过同时求解沿准正交面与Ｓ＿１Ｓ＿２流面交线方向的速度梯度方程和沿流线方向的能量方程求得了旋喷泵叶轮内的准三元解，指出了旋喷泵内准三元流动的流场分布特点是叶片工作面速度先减小后增大，叶片背面速度先增大后减小，叶轮流道中的空间流线从进口到出口逐渐变密，明确了叶轮设计时应注意的问题。     

一种机械增压器的逆向改型设计

本文为了增加某高原重载车采用的机械增压器流量,提出了一种叶轮改型设计方法。该方法将叶轮叶片型线沿流动方向分为两段,靠进口的一段保持不变,靠出口的一段则根据叶片出口角度,将叶片扭转角度作为均布载荷,保证在叶轮径向方向上,叶轮型线的几何角度增加速度相等。利用该方法,本文完成了不同叶片出口角的叶轮设计,并建立了有限元计算模型。计算结果表明,当增大叶片出口角度,机械增压器流量会显著提高,但是当出口角度大于90°,流量增加不明显,且压比对流量变化很敏感,叶片载荷增加。