带叶片扩压器离心压缩机模型级内流研究

通过对在研工业用带翼型叶片扩压器离心压缩机模型级的内部流动进行数值模拟,以及对模型级外特性进行了实验研究,分析了模型级内部流动特点、损失机理及其对级性能的影响。研究发现:该离心压缩机模型级性能较好,工况范围内效率曲线非常平坦,稳定运行范围较宽,整级效率高达82%;设计流量下叶轮出口轮盖与叶片吸力面的角区有明显的尾迹区存在,小流量下进入叶片扩压器内的气流在叶腹的流动没有得到有效滞止,大流量下气流以冲击叶片扩压器叶腹为主,同时在叶背上出现了较大的旋涡区;不同工况下叶片扩压器内的流动损失和扩压效果由不同工况下的流动特性决定。数值模拟和实验研究获得的模型级外特性曲线一致,表明所采用的数值模型能够准确预测模型级内部的流动特性。     

离心叶轮的速度系数对级性能的影响

用数值模拟的方法研究了某离心压缩机叶轮速度系数对离心压缩机级性能的影响,并分析了不同速度系数下叶轮流道内部的流动情况.研究结果表明:在叶轮轮盘的相对曲率半径大于0.3时,叶轮速度系数的减小能改善叶轮流道内部的流体流动,使叶片进口从盘侧指向盖侧的静压梯度降低,同时叶轮出口通流速度不均匀程度得到改善,因此使得离心压缩机的级效率得到明显提高,在设计流量下等熵效率最大提高1.5%以上.通过对不同速度系数的压缩机级的变工况性能进行分析,发现速度系数的减小使得压缩机效率曲线右移,压比曲线上移,并有效地扩大了离心压缩机的工况范围.     

叶片前缘后掠对离心压气机性能的影响

设计了两个带楔形扩压器的离心压气机,一个为叶片前缘后掠,另一个为叶片前缘不掠式普通叶轮.分别对这两个离心压气机进行内部流场数值计算,比较了这两种压气机性能的差别 ,分析了前缘后掠对离心压气机的性能及内部二次流的影响.比较了19个扩压器叶片压气机与23个扩压器叶片压气机性能的差别.结果表明,叶片前缘后掠使压气机喘振裕度减小;在叶轮进口附近区域,两种叶轮二次流涡系有一定差别.     

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．     

基于模糊理论的三维无叶扩压器多目标优化

建立了一种基于模糊理论的无叶扩压器优化模型,并采用人机交互的修改单纯形法(IMS)进行求解,模型同时考虑了扩压器的静压升和全压损失.采用计算流体动力学(CFD)方法求解RANS方程得到扩压器的流场分布,从而获得单步优化目标函数值.在采用IMS方法获得新的盖侧曲线后,进行网格重绘,以防止盖侧出现网格线交叉和避免负网格的生成.盖侧曲线采用工程上常用的B样条拟合.优化结果和文献中的结果吻合较好.     

叶轮叶顶间隙对离心制冷压缩机性能的影响

为研究叶顶间隙对离心压缩机性能和流动的影响机理,提高压缩机级效率,以某离心制冷压缩机级为研究对象,通过试验与Numeca软件数值模拟相结合的方法,研究了叶顶间隙分别为0、0.15、0.3、0.45、0.6、1.2 mm时压缩机级性能的变化规律。研究结果表明:随着叶顶间隙增大,压缩机稳定运行工况范围变窄,级效率与压比下降;压缩机级性能下降程度与间隙增加量基本呈线性变化关系;叶顶间隙对压缩机性能参数的影响与流量系数的取值有一定关系,同一叶顶间隙下,流量系数越小,性能参数下降速率越快。分析了额定工况下叶顶间隙分别为0、0.3、0.6 mm时间隙泄漏流对叶轮流道的影响规律,结果发现:在叶轮流道周向截面,间隙泄漏流会在叶轮盖侧形成低速区,并沿着叶高以及盖侧横向扩散;顺着叶轮子午流道方向,间隙泄漏流会向相邻叶片的压力面扩散;随着叶顶间隙的增加,间隙泄漏流引起的低速区对叶道流场影响加剧,低速区与主流混合后向下游扩散,造成叶轮流道主流能量损失增大,叶片载荷减小,叶轮做功能力有所下降。     

不同出口角度扩压器的内部流动及离心压缩机级性能数值研究

以某多级离心压缩机首级为研究对象,运用数值模拟方法研究扩压器出口安装角对压缩机级性能的影响,得出不同出口安装角情况下压缩机单级的性能曲线,并分析扩压器内部流动特点和损失机理,通过压力恢复系数Cp对比不同流量下不同扩压器的扩压效果。结果表明,当扩压器出口安装角增大时,性能曲线向大流量区移动,最高效率和压比先升高后降低;不同出口角度下叶片扩压器的扩压效果由不同工况下的流动特性决定;在大流量下,不同出口角度下扩压器叶背形成分离区且旋涡位置不同;在小流量下,具有较大出口安装角的扩压器叶腹率先出现分离区。     

离心压气机实际气体三维粘性流场分析

应用时间推进法求解连续性方程、时均N-S方程、能量方程、实际气体状态方程及Yang＆Shih紊流模型,对压缩重介质实际气体(丙稀)的大流量离心压气机整级流场(闭式叶轮、扩压器、弯道及回流器)进行了数值分析,其中实际气体的热力学属性均表示成温度的函数.分析了压缩实际气体丙稀时模型级内部尤其是弯道及回流器内部的流动规律,将计算结果与丙稀作为理想气体时模拟的结果进行对比分析,并与实验值进行了比较.结果表明:采用实际气体模型进行模拟时压气机性能更接近于实际性能.压缩实际气体及理想气体时叶轮内部速度分布及模型级出口参数是不同的,叶轮出口流场参数分布差别主要集中在轮盘、轮盖两侧.沿弯道及回流器中央流线的压力系数差别显著,模型级出口理想气体的压力系数明显高于实际气体.为了加快收敛,计算时采用了隐式残差平均法及完全多重网格技术.     

丙烯压缩机末级偶极子气动声源识别

使用Helmholtz实际气体状态方程和Realizable k-ε湍流模型,对百万吨乙烯装备中丙烯压缩机末级三维流场进行数值模拟.为了使计算加速收敛,采用6次多项式对Helmholtz实际气体状态方程进行拟合并采用完全多重网格(FMG)初始化技术.使用静压随时间的变化率 p/ t作为识别偶极子声源的参数,对该末级压缩机偶极子声源的空间分布及频域特性进行了细致的分析.研究结果表明:该压缩机级的主要偶极子气动声源位于叶轮和无叶扩压器相连接处,即在轮盘和轮盖外侧及扩压器靠近叶轮的部位,蜗壳处偶极子声源相对较弱;随着工质沿扩压器向下游流动,噪声的高频分量衰减很快,而基频分量衰减较慢;该压缩机级的气动噪声主要以基频为主.     

串列叶片式离心叶轮内流场的数值研究

对串列叶片式离心叶轮内部三维可压缩湍流及气动性能进行了数值模拟,重点研究了诱导轮及导出轮之间5种不同相对周向位置排列方式对串列式叶轮内部流场及气动性能的影响,并与传统单列叶片式离心叶轮进行了比较.研究表明：对于串列式叶轮,相对周向位置因子对气动性能及流场的影响较大;当串列式叶轮的后轮相对于前轮沿旋转方向交错排列时,叶轮的多变效率低于单列式叶轮,当相对周向位置因子为0.0-0.4时,压比高于单列式叶轮,压比最大提高为1.4%,且叶轮出口流动参数沿周向分布比较均匀,对降低叶轮-扩压器间非定常冲击损失及气动噪声有利;当串列式叶轮的后轮以反旋转方向排列时,叶轮的多变效率及压比均低于单列式叶轮,且叶轮内部及出口流动分布很不均匀.研究成果对串列式离心叶轮及离心压缩机的节能设计具有一定的参考价值.     

顶入式与侧入式搅拌槽内混合特性的比较

应用计算流体动力学方法(CFD)对顶入式与侧入式搅拌槽内的流型特征、混合过程进行了数值模拟。计算采用标准k-ε湍流模型、多重参考系法和滑移网格法研究了2种形式搅拌槽的混合效率,分析了不同槽高径比H/T及桨型对侧入式搅拌槽混合性能的影响,并使用文献数据与碘一硫代硫酸钠褪色法对模拟进行了验证。结果表明:四斜叶开启涡轮桨(PBTD45)运行下顶入式与侧入式搅拌槽内主体循环均是轴向循环流;在H/T=1的搅拌槽中相同功耗情况下,顶入式搅拌的混合效率比侧入式搅拌的高,混合时间减少了约28.2%;侧入式搅拌在较低H/T比的搅拌槽内的混合效率较高,当H/T=0.6左右时侧入式搅拌的混合效率与顶入式(H/T=1)接近。PBTD6030桨与FE-4桨较适合侧入式搅拌槽中的混合操作。     

大三角形搅拌器泵混机理

采用多普勒激光和局部静压测试装置,对文题进行了试验,並与涡轮搅拌器进行比较。试验发现,大三角形搅拌器较涡轮搅拌器具有较高的局部速度和均匀的速度分布及局部湍流强度大的优点。大三角形桨分散液滴主要靠湍流流动而不是由桨叶直接剪切分散,因此,在搅拌器周围可避免产生过细液滴,消耗较低功率就能获得均匀的液滴及分布,同时,该搅拌器优越的泵送能力和大体积流的高抽吸力,通过总抽吸头的测量亦被证实。     

叶轮冲角变化对叶轮效率的影响

 可调喷嘴涡轮通过调节喷嘴环的转角,改变涡轮的流通面积,使涡轮的流量特性和效率特性发生变化,从而使涡轮与发动机在较宽广的工况范围内保持良好的匹配.叶轮冲角发生变化时,对叶轮效率影响很大.运用三维数值模拟技术,对JK90S可调喷嘴涡轮叶轮冲角进行了数值计算和流场分析,研究叶轮冲角变化对叶轮效率的影响.结果表明,在不同的油门和不同的发动机转速下,叶轮的最佳效率对应的叶轮入口冲角不同.在发动机100%油门开度时,叶轮的最佳效率冲角约为-45°;在发动机50%油门开度时,叶轮的最佳效率冲角约为-35°.小于最佳效率冲角时,叶轮效率迅速下降;大于最佳效率冲角时,在一个较宽广的冲角范围内叶轮能维持较高效率,随着发动机转速的提高,叶轮高效区的冲角范围逐渐变窄.     

离心式搅拌细胞培养反应器的流体循环及氧传递规律

研究了一种具有离心式搅拌器的新型细胞培养反应器的流体循环，混合特性及氧传递规律。采用这种离心式搅拌器，既充分利用了细胞提升式搅拌器的优点，又大幅度地提高了流体循环效率。氧传递速率，通气速率均与转速有关，其中通气速率的影响最为显著。根据实验数据，建立了反应器中的氧传递和提长筒中流体流动的关联式。     

离心泵叶轮叶片轴向切割设计方法研究

工程中普遍存在离心泵实际流量高于输水系统所需的情况,通过数值模拟研究平移叶轮前盖板对离心泵性能的影响,结合理论推导出平移前盖板改变离心泵扬程的换算公式,实现减小叶轮出口宽度及其工作流量达到泵站节能的目的.研究结果表明:切割叶轮外径与平移叶轮前盖板均会降低离心泵工作扬程,不同的是,前者使H-Q曲线整体向下移动且下降幅度较大,而后者H-Q下降幅度较小,能在小流量工况维持较高的扬程;平移叶轮前盖板后能抑制小流量工况下叶轮内回流旋涡的发展,离心泵效率有所上升,更适合多泵并联工作的场合,具有一定的工程价值;离心泵扬程随前盖板平移而变化的换算公式可以相对准确地预测较小叶轮前盖板移动量时中比转数离心泵0.8~1.0倍设计工况范围内H-Q曲线的变化.     

高效搪瓷板框桨的悬浮特性研究

以化工、医药等行业中涉及的固体悬浮问题为背景，设计开发了高效搪瓷板框桨（ＭＧＩ）。通过冷模实验探讨了这一搅拌器的悬浮性能、功耗及混合时间；给出了Ｒ１－ＭＧＩ桨临悬浮搅拌转速及Ｒ１、Ｒ６－ＭＧＩ桨功率准数的关联式。实验结果表明：ＭＧＩ桨结构简单、易搪瓷化，悬浮瓷化，悬浮性能良好；同锚式桨、翼型轴流桨相比，其悬浮均匀性可明显提高，且具有较低的颗粒临界悬浮转速（ｎＪｓ）；在相同功耗下，Ｒ６－ＭＧＩ桨与锚     

离心叶轮开裂的机理研究

从力学角度分析了某叶轮开裂的驱动力,并对断口进行了宏观和微观分析,找到了叶轮开裂的原因．在分析中提出了新的叶轮应力计算模型,并建议用敏感性分析的手段来对叶轮进行设计,从而达到有效控制弯应力水平的目的．提出的不调频叶轮概念,有利于避免气流激振造成的叶轮疲劳破坏．     

向心透平叶轮振动频率的有限元分析

应用ANSYS有限元软件对一个小型燃气轮机向心涡轮的叶轮固有频率进行了数值分析．基于有限元方法建立了叶轮的振动方程，对方程中非线性的初应力刚度矩阵与离心刚度矩阵采用了线性简化，应用Block—Lanzos法求解振动方程的特征值．结果表明，当叶轮转速上升时，旋转柔化效应使叶轮的低阶振动频率，尤其是第1阶弯振频率不断下降，到某个转速时出现“零频”现象，原高阶静频依次成为低阶频率；第1阶振型发生变化，但是基频大小基本没有变化；整体式叶轮主要振动形式是叶轮的弯扭振动．     

离心叶轮外侧面摩擦损失计算

通过对离心叶轮外侧间隙中泄漏气体流动的分析,给出了速度分布,利用Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ由旋转圆盘实验得出的对数壁面率去处理叶轮外侧面的摩擦应力分布．求解边界层动量积分方程,计算了叶轮外侧面的摩擦损失．将计算结果与实验结果进行了比较,并对一台实际离心压缩机叶轮外侧面的摩擦损失进行计算,证明文中所述的计算叶轮外侧面的摩擦损失的方法是正确的,对离心式压缩机的设计具有一定的参考价值．     

一种防积灰的离心风机叶轮结构

提出一种能防止风机叶片非工作面积灰的结构，并采用N-S方程和标准的k-s模型方程，得到该结构下离心风机叶轮内部的粉尘浓度分布。结果表明，对于改进后的叶轮，叶片非工作面的积灰仅有原结构的1／3。