用准正交面法分析叶轮机械三元流场的研究获国家科学技术进步奖

叶轮机械使用广泛,耗能很多,用数值分析方法研究叶轮通道中的流动状况,对改善叶轮的性能及提高效率极有意义. 我校应用力学系这一项目的研究人员,在两类流面理论的基础上提出的准正交面法是叶轮机械三元流动的一种三元数值解法,采用在每个准正交面上沿S_1,S_2流面交线两个方向上求解速度梯度方程,通过整个准正交面上的流量校核、反插等分流量点,在一次     

叶轮机械准三元流动S_1和S_2流面上流函数在半测地坐标系下的微分方程定解问题及其有限元解

本文在文献[1]的基础上,采用半测地坐标系,推导了叶轮机械准三元流动S_1和S_2流面上,流函数所应满足的偏微分方程和定解条件。由于采用半测地坐标系和张量分析工具,两个流面流函数的微分方程表现为统一的形式,因而可以建立统一的程序系统来求解它们,同时还便于应用有限元方法。本文还提出单位薄流层的概念,并论证了由此所定义的流函数的某些性质,阐明了流函数的力学意义。在亚音速的情况下,采用了半测地坐标系后,流函数所满足的方程是二阶拟线性椭圆型偏微分方程,其定解条件为混合边值问题。我们采用Galerkin有限元方法求解,元素的类型分别用8节点的等参数四边形元素和(3,3,1)曲边三角形的Hermite型元素,并采用自动分割的方法生成元素,所得到的非线性代数方程组用迭代法,在线性化为线性代数方程组后,运用变半带宽存贮的直接解法求解。     

流体机械中的三元流动理论——不可压缩流体的流线曲率法

四、流线曲率法解S_2流面问题 两类相对流面理论,把空间的三元问题简化为两个二元问题求解,使问题得到简化,但付出的代价是两个相对流面交替使用,相互迭代。而流线曲率法则把一个二元问题化为一个一元问题求解,使问题进一步简化,付出的代价是流线的迭代。 为简化计算,作如下限制:液体是无粘性的,叶轮内液体的相对运动是定常的,液体的相对运动是轴对称的。 1、沿计算站走向速度梯度方程的推导 推导速度梯度方程时所采用的符号:     

泵水力设计方法的研究现状

泵是流体输送系统的核心动力源,开展泵优化设计、实现节能降耗一直是流体机械领域的研究热点。文章回顾了基于一元、二元、三元流动理论进行水力设计的各种方法,总结了各个水力设计方法的优缺点;概括了近年来在叶轮、导叶、蜗壳水力设计方面的研究热点和主流方法,为今后泵设计方法的发展奠定了基础。以数值模拟结合三元流动理论和优化算法的设计方法已成为当前开展泵水力设计的主流手段,可以预期,随着计算机计算能力的进一步提高和优化算法的快速发展,泵的水力设计水平将会有大幅度提升并会促进泵行业的整体技术进步。     

用于高比转速混流泵设计的流场计算

针对高性能高比转速混流泵水力模型开发过程中的有关问题,系统开发了一种基于两类相对流面(S1、S2流面)流动理论的正反问题迭代计算和优化设计的流场计算方法.在流体介质无粘的假设下, S1流面上采用有限单元法、 S2流面上采用流线曲率法,两类流面反复迭代计算直至结果收敛,得到S1流面流场分布、叶片表面相对速度和压力系数分布、 S2流面轴面速度分布等规律.流场计算采用FORTRAN语言编程实现,计算效率高、通用性强,对于高比转速混流泵水力模型的开发研究具有重要的实际意义.     

流体压力损失法检测电潜泵叶轮缺陷的研究

电潜泵的主要能量损失由水力损失引起。由于铸造工艺的限制,部分铸渣常会驻留叶轮流道造成局部阻塞,使附加水力损失加大,泵效严重降低。采用流体压力损失法研究了叶轮缺陷检测的可能性,在模拟叶轮的实际工况条件下,采用空气作为流动介质,依据附面层理论分析流道阻碍物产生的局部阻力和压力损失,通过流体压力损失法检测叶轮流道结构缺陷。理论分析和实验测量结果表明,该方法快速有效,对复杂小尺寸叶轮机械水力结构的缺陷检测具有一定的启示作用。     

流体压力损失法检测电潜泵叶轮缺陷的研究

电潜泵的主要能量损失由水力损失引起.由于铸造工艺的限制,部分铸渣常会驻留叶轮流道造成局部阻塞,使附加水力损失加大,泵效严重降低.采用流体压力损失法研究了叶轮缺陷检测的可能性,在模拟叶轮的实际工况条件下,采用空气作为流动介质,依据附面层理论分析流道阻碍物产生的局部阻力和压力损失,通过流体压力损失法检测叶轮流道结构缺陷.理论分析和实验测量结果表明,该方法快速有效,对复杂小尺寸叶轮机械水力结构的缺陷检测具有一定的启示作用.     

基于CFD的中高比转速离心泵叶轮的设计方法

采用了一元理论和二元理论有势流动规律2种设计方法,对中高比转速离心泵叶轮进行水力设计.采用Flu-ent数值模拟,分别计算叶轮叶片的轴面速度和速度矩,通过分析叶片的轴面速度分布曲线和速度矩分布曲线,验证基于一元理论的叶片轴面速度并非沿过水断面均匀分布,二元理论有势流动设计方法可以设计出叶片内大部分流体满足轴面流动为有势流动的叶轮,但是设计方法尚不成熟.通过CFD计算可以得到泵的特性曲线,采用一元理论设计的叶轮的水力性能好于采用二元理论设计的叶轮,在用二元理论进行叶轮的水力设计中,速度矩分布规律曲线的选取对叶轮的水力性能影响很大.     

叶轮机内不可压缩粘性流动的变分原理

本文应用普遍张量理论,把钱伟长的有关不可压缩粘性流体力学的变分原理推广应用到叶轮机内流问题。文中把叶轮机的叶片进口段和出口段 A_2面取作S_2 流面,并将S_2 流面简化为非自由流面。在A_2 面上作用的粘性力作为已知值处理(可通过近似计算确定),在变分计算时不参与变分。     

混流泵叶轮的正反问题迭代法设计及流动分析

提出了用正反问题迭代法设计混流泵叶轮的新方法。该方法能够有效地弥补传统方法设计叶片时轴面流动的计算仅满足流体连续方程的缺陷,同时考虑了叶片形状对轴面流场计算的影响。通过两类相对流面迭代求解流体连续方程与运动方程,完成设计叶轮的正问题计算。采用逐点积分法进行叶片骨线绘型,在轴面上加厚叶片,在保角变换平面内修圆叶片头尾部,完成反问题设计。正反问题迭代计算直至收敛,最终完成混流泵叶轮的设计。采用SIMPLEC算法,通过求解Navier-Stokes方程和RNGk-ε湍流模型方程,模拟了混流泵叶轮内的三维流场,获得了叶轮内的速度与压力分布。结果表明:正反问题迭代方法设计的叶片对于水流的控制能力增强,叶轮内部流动稳定,压力分布均匀,具有更优的水力性能。     

混流式水力机械S_2流面半反命题的变分原理

为了对混流(包括轴流和径流)式水力机械转轮内的三元流动进行分析,本文用分区组合法和坐标旋转法分别建立了混流式S_2流面不可压缩流动半反命题的组合式变分原理和统一的变分原理。     

离心式叶轮三元流动的研究与计算

本文将三元流理论及叶片最佳设计理论结合起来,应用于离心式风机,提出一种简便易行的计算方案.推导了三元流动普遍关系式,根据所编的三元叶轮计算机源程序,设计计算了多种翼型方案,并在此基础上试制成三元后弯型叶轮风机.试验表明,样机的各种性能达到了预期的效果.     

西安交通大学“十五”重大科技成果推介之一 大型离心压缩机关键共性技术及在石化、冶金行业的应用

本项目属于流体机械及流体动力工程领域,主要研究内容和特点如下:1.解决了速度梯度方程与化工气体状态方程耦合求解发散的问题,建立了任意空间自由曲面三元叶轮反问题设计方法;2.将反问题设计方法与实验设计和响应面技术相结合,发展了三维粘性流场计算框架下的三元叶轮设计理论     

电潜泵叶轮内部缺陷检测的流体动压分析法

电潜泵的主要能量损失由水力损失引起.由于铸造工艺的限制,部分铸渣常会驻留叶轮流道造成局部阻塞,使附加水力损失加大,泵效严重降低.文章中采用气体模拟方法研究了叶轮缺陷检测的可能性,在模拟叶轮的实际工况下,采用空气作为流动介质,通过流体动压力分析法检测叶轮流道结构缺陷.理论分析和实验测量表明,该方法对于流道占用比大于20%的矩形和流线型阻碍物均可实现快速有效的检测,对复杂小尺寸叶轮机械水力结构的缺陷检测具有一定的启示作用.     

低比转速离心泵叶轮的水力设计数值方法

低比转速离心泵叶轮因扬程高、流量小、流道长而使内流状态复杂,其水力设计普遍采用基于相似理论的方法,叶轮水力性能高度依赖叶轮模型和设计者的经验.综合考虑相似理论设计经验成熟和叶轮空间流动理论设计的优势,采用二元流动理论,应用准正交线法绘制轴面流网,结合欧拉能量方程,进行轴面速度的迭代计算,根据轴面速度的分布要求,不断优化...     

水力机械中含沙水流的两流体数学模型

针对含沙水流的特性和水力机械过流部件内流动的特点 ,从最基本的守恒原理质量守恒和动量守恒原理出发 ,根据两相流动的连续介质理论 ,在分析了相间作用力的基础上 ,建立了固液两相流动的两流体数学模型 .得出了水力机械中含沙水流流动的一种控制方程 ,以此控制方程 ,在其特定的边界条件下可以模拟水力机械各过流部件的流场 .     

叶轮机械平面叶栅高亚音速可压缩流场边界元分析

本文利用边界元方法,将平面叶栅可压缩流动的基本方程线性化后,利用非齐次方程特解与齐次方程通解的叠加原理,提出质量点涡的基本概念和公式,将常规奇点法的应用范围从不可压缩流动推广到高亚音速可压缩流动.算例表明,这一方法对高亚音速可压缩流动的计算是成功的,与通常的有限差分法和有限元法相比,具有精度高、速度快、内存少等优点,为叶轮机械准三元流动计算中的s_1流面与s_2流面间的反复迭代提供了一个更有效、更适用的计算工具.     

气动叶轮机械工程CAD技术研究

为了提高叶轮机械设计工作的效率,将ＣＡＤ技术与三元流计算结合起来,开发适合叶轮机械的ＣＡＤ软件。以ＡｕｔｏＣＡＤＲ１３／ｆｏｒＷｉｎｄｏｗｓ９５为基础,用Ｃ语言开发了６条用于叶轮机械ＣＡＤ的实用扩展命令,能够显示叶片形状,生成和显示用于三元流计算的网格及将三元流计算结果图形化处理,包括绘制流场矢量图和等值线图。全部扩展命令集成到ＡｕｔｏＣＡＤ中运行。生成图形与ＡｕｔｏＣＡＤ完全兼容。是叶轮机械三元流动计算有力的辅助工具。     

“叶轮机械三元流动变分原理及有限元计算”项目获机械工业部重奖

机械土业部最近对1678年以来获得部科技成果一等奖及相当于该水平的四十个科研项目进行评选,选出十四项予以重奖。我院刘高联副研究员领导的“叶轮机械三无流动变分原理及有限元计算”项目入选并受到重奖。该项目完整地建立了叶轮机械气动力学各类命题的内容,建立了S_1流面、S_2流面的正命题、反革题、杂交命题的变分原理族、广义变分原理族、     

旋转叶轮内完全三元不可压缩流动各类杂交命题统一的变域变分理论

本文在前文[3、4、5]的基础上,应用泛函变域变分的工具,进而建立了叶轮机内不可压缩流体完全三元势流各类杂交命题(正命题是其中〈H_A×H_A〉型杂交命题的一个最简单的特例)统一的变分原理族。这一理论为三元叶轮的设计和改型提供了一系列新的合理途经,也是叶轮最优化理论的重要组成部分,并可以进一步推广到可压缩流体和有旋流动上去。