利用化工过程余热的有机工质向心透平气动性能分析

针对化工蒸馏过程产生的余热(121~146℃),采用R600a工质,进行了150kW级的有机工质向心透平初步设计.在通过一维气动计算获得有机工质向心透平初步结构参数和性能参数的基础上,采用计算流体动力学(CFD)数值模拟研究了有机工质向心透平设计工况的气动特性,获得了总体性能及流场分布情况.研究结果表明,在透平入口温度110℃、透平入口压力1.6 MPa条件下,有机工质向心透平质量流量4.17kg/s、压比3.2、效率82.7%、输出功率150.5kW,在设计工况下流动顺畅,效率高,满足有机工质发电系统对膨胀机的要求.研究成果可以为化工过程余热利用的有机工质向心透平设计提供基础数据.     

向心透平无叶导向器的简化二元流动分析方法

本文讨论了设计向心透平无叶导向器的两种方法:一元流动分析方法和简化的二元流动分析方法,并给出了适用于不同蜗管截面形状的计算公式。文中比较了上述两种方法的差别,并指出在常见的结构条件下,一元流动分析方法的计算误差仅为二元的2%以下。因此在手算的条件下仍可利用比较简单的一元的方法来设计无叶导向器。本文附录中给出了供719电子计算机使用的二元计算的程序框图。     

微型向心透平级速比与DN值的最优选择

基于向心透平轮周效率的表达式,利用解析法分析了微型向心透平级速比和反动度的匹配关系,研究了关键参数变化对匹配结果的影响,对从级速比派生出的叶轮进口直径与转速的乘积值(DN值)这一参数进行了选取分析.结果表明:在向心透平设计时,级速比必须与反动度进行匹配选择,单纯选择级速比不能使向心透平具有较高的轮周效率;对于不同的微型向心透平叶轮结构,级速比选取范围不同,径向一轴流式为0.64～0.72,纯径向式为0.72～0.80,级速比为0.72可作为这两种叶轮结构形式选择时的分界点;叶轮DN值能直接反映出叶轮材料、结构形式、设计工况、叶轮尺寸以及轴承轴系等因素,这些因素直接关系向心透平能否实现微型化,因此叶轮DN值是一个高度集中的参数,在微型向心透平设计中可替代级速比.     

海洋温差能发电透平设计及性能影响

通过对海洋温差能发电向心透平气动部分进行设计,对其气动性能及喷嘴的影响进行模拟研究.采用经验参数和遗传算法对其进行一维参数设计,并通过三维造型得到透平气动模型.采用计算流体动力学(CFD)技术对透平的三维流场和性能进行了数值模拟.结果 表明,在设计工况下透平的气动效率达到86.5％.在此基础上,对设计工况下的喷嘴-叶轮...     

向心透平圆截面无叶导向器的设计方法

本文介绍了向心透平圆截面无叶导向器的一种设计方法,这种设计方法既适用于透平全周进气的情况,也适用于部分进气的情况。文章最后归纳出几条具体的设计计算步骤,设计者只要按照这些步骤,便可十分简捷地进行设计计算。     

向心式透平无叶蜗壳损失的理论计算方法

本文提出了运用三元附面层理论具体求解向心式透平无叶蜗壳流动损失的理论计算方法。     

小功率向心透平叶轮内部流动及其分离特性的研究

本文通过准三元流动分析和进一步发展的分离流动计算方法,对在变工况下工作的涡轮增压器造平φ75mm叶轮的内部流场进行了数值计算和分析,深入地揭示了小功率向心透平叶轮内部的流动规律及分离特性,提出了抑制分离、改善流动的叶轮改型的关键措施及进一步研究的方向。对增压器一类的小功率向心造平叶轮的设计和改进研究具有实用意义。     

微型燃机向心透平叶轮顶部间隙流动的数值模拟

对自行研制的100kW微型燃气轮机向心透平叶轮，在级环境设计工况下的顶部间隙流动进行了全三维黏性数值模拟研究，其动静间隙信息传递采用混合平面方法，湍流模型采用Spalart—Allmaras模型．结果表明：向心透平叶轮顶部间隙流场在轮壳相对运动速度很高的情况下，其影响因素除了所熟知的叶轮叶片顶部间隙两侧压差以及已得到试验验证的轮壳相对运动外，还有另一个重要因素是叶轮叶片表面次流，其存在使得叶轮顶部间隙流场更加复杂；叶轮进口较大的负冲角是该向心透平叶轮叶片表面较强次流形成的主要原因，在研究向心透平叶轮顶部间隙流场时不应忽略．     

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.     

低比转数向心透平的吹风试验研究

文中介绍了上海机械学院研制的低比转数特殊用途的向心透平的结构及其试验台。文中给出了试验所得的透平特性曲线。此外,在试验中比较了无叶导向器和喷咀环两种结构的性能,研究了动叶叶片数N_R对于透平性能的影响作用。     

空气流化棒助流装置的研究

为了消除料仓内结拱、堵塞等不正常现象,提出了空气流化棒助流装置的设计方案。空气流化棒能够有效地克服料仓内异常料流现象。在流化风作用下的料仓内水泥流动的研究表明：当下料口径(D)与料仓直径(D1)之比大于0．08而小于0．13时,物料流量与下料口径呈二次抛物线的关系;当D/D1大于0．13时,物料流量基本不随下料口径的变化而变化;当下料口径一定时．物料流量基本不随物料高度的变化而变化．     

轴流泵内部流动数值模拟中湍流模式可用性的研究

轴流泵内部流动是复杂的湍流流动.基于RANS方程,采用Standard k ε、RNGk ε和Realizable k ε 3种湍流模型,对ns=1000的模型轴流泵在不同工况下的内部流动进行了三维湍流数值模拟.计算了水泵的扬程和效率,并与试验值进行了对比和分析.计算结果表明,在水泵运行的高效段,3种湍流模型计算扬程的相对误差不大于4%,偏离最优工况时不同湍流模式表现出不同的特性.     

二维无旋超音速扩散对称流动控制方程及其特征线方程和相容性方程

通过改变止推气体轴承等间隙的流道结构,对变气膜厚度圆盘止推气体轴承中二维无旋超音速扩散对称流动控制方程进行推导,得出其特征线方程和相容性方程,对所得特征线方程和相容性方程用等间隙气膜内一维超音速流动的解析解进行验算.结果表明,当内点间距合适时,特征线法数值求解与解析解结果十分接近,推导的特征线方程和相容性方程正确.     

新型高分辨率格式及其在CFD的应用

 利用小波奇异分析构造了一种新型的高分辨率高效计算格式,借助小波奇异分析所找到的流场中奇异点区域和光滑区域,合理选择高分辨率、高精度WENO格式和高精度中心差分格式进行流场的离散求解;利用该格式对超声速二维前台阶流动问题、跨声速RAE 2822典型翼型的二维外流场、跨声速VKI-LS59涡轮叶栅的二维流场以及NASA Rotor 37跨声速压气机转子和NASA Rotor 67跨声速风扇转子的三维流场进行数值模拟,计算结果表明,采用这种新型格式可以用于内外流复杂流场计算。数值计算还发现,在采用相同网格的情况下,本文格式不仅具有通常WENO格式高分辨率的特点,而且计算效率较WENO格式高出3～5倍。     

压裂液滤失的二维数值模拟

结合油藏工程和数值模拟技术,根据压裂施工过程中滤失的压裂液在地层中二维流动和压裂液为非牛顿型流体的实际,建立了非牛顿型压裂液的二维动态滤失模型,用数值方法求解,并将计算结果与一维模型结果进行对比分析。计算表明:仅考虑压裂液垂直于裂缝壁面一维流动所计算的滤失速度会偏小,并且这种差值会因地层渗透性的增加而加大。二维方法由于考虑了压裂液的非牛顿特性和二维流动,其结果也比一维模型更符合现场实际,可以减少压裂施工的风险,提高压裂设计的可靠性。     

双螺旋驱动的血管机器人绿色设计

文章设计了一种双螺旋驱动的血管机器人,双螺旋结构有助于提高血管机器人运动灵活性,给出了效用函数初步评价血管机器人绿色性的模型．采用CFD方法分析血管机器人与血管壁间的稳态和瞬态流场,并进一步优化双螺旋驱动血管机器人的外形结构的6个参数,这些参数对血管机器人外部压力场影响明显,血管机器人直径D3参数对机器人外壁附近的速度场影响较明显．优化结果显示,当D1=2．2,D2=1．0,D3=2．4,L1=2,L2=5,Li=0．4-0.2时,血管机器人外流场对血管机器人运行影响较小．     

块裂介质岩石流体力学研究新进展

概括地介绍了我们在块裂介质岩石流体力学方面近年来所作的研究工作,内容包括：（１）岩体裂缝二维,三维分布分形规律及分形仿真方法;（２）三维应力作用下,气体,液体,气液二相流体沿裂缝的渗流物性规律;（３）二维,三维块裂介质固液,固气耦合数学模型及其数值解法。（４）承压水上采煤的理论与实践。     

不同降雨强度下红色村干沟泥石流数值研究

结合实测资料分析了四川省都江堰市红色村干沟泥石流的运动规律,并运用DEBRIS-2D软件建立了二维泥石流运动数学模型,利用该模型模拟得到的龙头标高、平均堆积厚度及沟口流速都与实测基本吻合.通过改变雨强进行定量分析得到:当物源充足时,雨强减小会导致泥石流运动减缓,并停止于地势较高处;以150mm·h-1为参考雨强,当雨强减小为100mm·h-1和50mm·h-1时,泥石流运动的龙头标高分别增加25m和75m,平均堆积厚度分别减小0.06m和0.14m.     

长骨纵向缺损对其扭转刚度和应力分布影响

为研究临床上开窗对长骨力学性质的影响，建立了一个股骨中段的外侧皮质带有矩形缺损的力学模型；采用有限元方法，计算了骨缺损的宽度为股骨外径(D)0．1～0．3倍、长度为股骨外径1～5倍时．股骨的扭转刚度和应力分布．计算结果表明：骨缺损长度为D时．对股骨扭转刚度和剪应力分布的影响较小；骨缺损长度从2D增至4D时扭转刚度急剧减小．而且剪应力的最大值位于骨缺损中心．研究认为临床骨科手术中长骨开窗的尺寸应控制在小于3D～4D．且术后应避免长骨承受扭转力的作用．     

运动平板附近圆柱绕流的数值模拟

用格子Boltzmann方法模拟运动平板附近的圆柱绕流问题, 给出一种精确确定临界间隙率的综合判定方法, 并分析了流场特性的内在本质以及各种物理现象之间的联系. 将圆柱置于运动平板上方, 平板运动速度与入口处均匀来流的速度保持一致, 模拟的雷诺数为1 000. 定义间隙率为G/D, 其中G为圆柱边界到运动平板的最小距离, D为圆柱的直径. 结果表明: 当间隙率取值范围不同时, 流场特性有较大差异; 与孤立圆柱相比, 本文中的升力和阻力有明显增加, 并且旋涡脱落也受到平板抑制.