向心透平无叶导向器内三维可压缩流动的模拟

利用FLUENT软件对向心透平整机(从无叶导向器进口到向心透平叶轮出口)进行三维可压缩流动计算和模拟,并将计算结果与一元设计方法进行比较分析,以检验一维假设的合理性和一元计算的可靠性．     

离心叶片进出口几何形状对气动性能影响研究

为研究叶片进出口几何形状对离心叶轮内部流场及气动性能影响,以某离心叶轮为研究对象,对叶片进出口前、尾缘分别进行不同尺寸修圆处理,采用SST k-ω湍流模型与High Resolution数值方法进行周期性单流道数值模拟,研究了叶片不同尺寸进出口前、尾缘修圆产生的几何形状对离心叶轮内部流场分布和气动性能的影响。研究结果表明：叶片进口前缘平凸形修圆能够增加离心叶轮总压比和多变效率,减少气流在进口前缘局部流动分离损失;平凸形修圆尺寸越小,多变效率和总压比增加越明显,在设计工况点二者最大增加约1%;叶片尾缘压力面修圆能够增加离心叶轮的多变效率,但降低了离心叶轮的总压比,而尾缘吸力面修圆能达到同时增加离心叶轮多变效率和总压比的目的,使得设计工况下多变效率最大增加约1%,总压比最大增加约5%,且减少了气体流出叶轮时的尾迹损失。对叶片前缘小尺寸平凸形修圆和尾缘吸力面的大尺寸修圆,不仅能减少叶片进出口局部流动损失,而且能使设计工况点多变效率增加约1.5%,总压比增加约7%,从而提高离心叶轮的做功能力,为离心叶片设计优化和高效加工制造提供了参考。     

带分流叶片向心涡轮内部流场分析

为了详细研究某型向心涡轮的流动特性和内部流场结构,采用准三维与全三维数值模拟方法对其内部流场进行研究,分别得到多个转速下的特性曲线与主要参数分布,对两种数值模拟方法得到的特性线进行对比,并对设计点的全三维数值模拟得到的流场进行分析。计算结果表明,准三维与全三维数值模拟计算得到的特性线基本相同,计算特性线时可以采用准三维方法,减少计算时间。通过对全三维数值模拟的流场特征的分析,初步了解了向心涡轮内部的流动规律,在设计点叶片前缘和尾缘附近有不同程度的气流损失存在,为进一步改进该向心涡轮设计有一定的参考价值。     

叶轮叶片进出口角及叶片型线对液力透平性能的影响

针对离心泵反转作透平存在效率不佳,高效区较窄的现状,选用比转速为48的离心泵为原型,以叶轮轴面形状不变为基础,从透平设计原理出发,设计了符合透平工况的不同进出口角,不同型线变化规律的前弯、后弯叶片.叶轮叶片的最大厚度由最大压头求得,叶片加厚规律选用NACA低速翼型规律.利用流体分析软件ANSYS Fluent进行数值计算,计算结果表明:设计的前弯、后弯叶片液力透平的效率均优于离心泵直接反转作透平的情况,后弯叶片液力透平的效率高于前弯叶片液力透平的效率,前弯、在圆柱面展开图上流线上凸叶片液力透平的高效区最宽.     

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．     

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.     

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.     

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。     

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。     

有机工质透平膨胀机喷嘴的响应面分析优化

为了提高有机工质膨胀机的性能,建立了喷嘴型线优化设计平台,并以喷嘴叶片损失系数为性能指标、以喷嘴型线5个控制点的距离参数为设计变量进行了有机透平膨胀机喷嘴的试验设计。采用响应面方法分析了叶片损失系数随型线控制点的变化,揭示了叶片损失系数对喷嘴型线变化的敏感性。研究结果表明:叶片压力面后段、叶片压力面中部、叶片吸力面后段均存在最佳型线,使喷嘴的叶片损失系数较小;在喷嘴的设计过程中,减小喷嘴前段和中段的厚度,可以有效降低喷嘴损失系数;叶片吸力面中段型线的改变对叶片损失系数的影响较大,叶片压力面中段型线的变化对喷嘴损失系数的影响最小。相对于原型喷嘴,采用最优喷嘴型线后叶片损失系数下降了10%。该研究不仅获得了使叶片损失系数较小的喷嘴型线,还能揭示影响喷嘴性能指标的关键因素。     

主流叶片气动有限元计算及试验研究

为了减少蒸汽透平高压级中存在的严重流动损失,本文提出一种新的由主、分流叶片组成的多分流喷嘴叶栅结构,文章着重讨论了主流叶片的气动设计原理,试验表明,这些原则是成功的。     

车用轴向可调喷嘴增压器喷嘴环流场分析

对车用轴向可调喷嘴增压器喷嘴环内流特性进行研究,建立涡轮仿真模型.运用NUMECA软件对该模型进行变工况数值模拟,结合变工况下涡轮测试数据进行对比,证明仿真模型的有效性.针对已验证有效性的仿真模型对喷嘴环压力场、速度场分布进行分析,了解喷嘴环内部流动情况.结果表明:在增压器处于高、低速工况时喷嘴环的前缘处出现气流滞止,形成局部低压区;增压器处于低速工况时,喷嘴环尾缘附近出现小范围尾迹区;增压器处于高速工况时,喷嘴环斜切区尾缘处出现大范围尾迹区.分析结果可为该型增压器喷嘴环叶片叶型提供优化和设计建议.     

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...     

应用三维空间导叶的混流式水轮机流动

为减小混流式水轮机转轮内的叶道涡,设计了两种三维空间导叶,推导了流量调节方程,采用了全三维全流道的湍流计算方法,完成了从蜗壳进口到尾水管出口,包含所有流道在内的数值计算;并进行了模型对比试验。结果显示:应用三维空间导叶对水轮机能量性能没有太大的影响,但是增大了活动导叶上部的水流出口角,从而减小了转轮叶片进口处的冲击,尤其是在高水头、小开度情况下,上冠处的冲击和脱流比二维常规导叶有明显改善,降低了叶道涡发生的可能性,提高了水轮机的运行稳定性。     

不完全蜗壳水轮机引水部分的实用优化设计

不完全蜗壳水轮机的引水部分对于水轮机性能及平面尺寸有重大影响。传统的设计方法是通过简单计算和凭经验进行的,很不完善。介绍一种新的工程上实用的优化设计方法,通过对进水流道、蜗壳的蜗形部分以及双排叶栅分别进行流动分析和优化计算进行设计。其蜗形部分不采用速度矩为常数的假设,固定导叶的形状沿圆周是变化的,以便与来流相适应; 固定导叶与活动导叶两环列叶栅之间的相对位置是由优化计算确定的。实验证明,这种设计方法对于提高水轮机的效率或减小平面尺寸是有效的     

涡轮导叶位置对封严效率预测模型的影响

为研究涡轮导叶位置对燃气入侵的影响,对预测涡轮盘腔封严效率的降阶模型进行优化.采用数值模拟的方法和回归分析法,分析不同导叶位置下外环压力场的变化规律;并以计算数据和文献实验数据为基础,优化预测模型中与外环流动状态相关的参数.结果表明,模型中控制外环雷诺数的参数与导叶和封严间隙的相对位置存在正相关的线性关系.     

基于CFD的水轮机导叶翼型数值模拟及分析

基于RNGk-ε湍流模型和三维雷诺时均N-S方程,采用SIMPLEC算法对一个高水头、低比转速混流式水轮机进行全流道三维定常湍流计算,分析活动导叶翼型对水轮机性能的影响.数值计算结果表明,采用对称型和负曲度活动导叶可减少高水头低比转速水轮机导水机构中的漩涡、撞击和叶道涡,可使转轮的效率和出力增加,叶片背面的汽蚀得到改善.     

基于遗传算法的潮流能水轮机翼型优化设计

为了获得满足潮流能水轮机设计要求的专用翼型,基于遗传算法建立了水轮机翼型优化设计模型,该模型综合考虑了升力系数、阻力系数、升阻比和压力系数等因素,采用XFOIL评估翼型的水动力性能,对几种典型设计要求情况下的水轮机翼型进行了优化设计.数值结果表明,该模型能够根据不同的设计要求获得相对应的水轮机翼型,不仅可以改善翼型的水动力系数,还能够避免翼型空化现象的产生.在最小化压力系数情况下,最大厚度位置更靠近翼型后缘,而最大化升力系数情况下则更靠近翼型前缘.为了达到指定的设计目标,需要考虑多个攻角下的升力系数或压力系数.     

水轮机固定导叶与活动导叶的相互影响

本文通过对在专门研制的环盘式双列叶栅实验装置上所进行的固定导叶与活动导叶实验的分析,认为水轮机的固定导叶与活动导叶圆周方向的相互位置对导叶区域水流的特性和水力损失影响较大,指出了对称型和正曲率型活动导叶与固定导叶的最佳相对安放位置和流场的不同特性;建立了水轮机设计时确定固定导叶与活动导叶相对安放位置的经验公式;并分析了高水头低比转速水轮机导叶汽蚀破坏的主要水力原因。     

导叶叶片数对气液混输泵性能的影响

以自主研制的第三代YQH-100气液混输泵为研究对象,利用Fluent流场模拟软件进行数值模拟.通过对叶片式气液混输泵不同导叶叶片数及不同含气率时的流场进行数值模拟,得出混输泵叶轮、导叶压力场及速度分布,进而得到不同工况下整机效率及相对扬程曲线.经分析在不同含气率下,各导叶叶片数的效率及相对扬程均随着含气率的增大而降低;在相同含气率下,导叶叶片数为13时整机效率明显高于其他2种情况的整机效率,相对扬程也是在导叶叶片数为13时最大,且9叶片数情况要稍好于15叶片数情况.由此表明选用导叶叶片数为13时可以提高气液混输泵的整机性能.