旋翼式水表的流量方程式和特性曲线方程式

本文根据流体力学原理对旋翼式水表的驱动力矩和各种力矩进行了详细分析,建立了流量基本方程式。在此基础上,作者进一步导出了旋翼式水表的特性曲线方程式。理论特性曲线与实验结果基本一致。特性曲线方程能清晰地反映出水表各结构参数之间的关系及其对水表性能的影响,并能对实际特性曲线的形状作出较为园满的解释。本文提出的数学模型可作为旋翼式水表结构参数设计的依据,并为进一步改善水表性能提供了理论基础     

盐析两相流场中PDPA测量方法

研究了在盐析液固两相流动中,盐析晶体颗粒流体动力学特性及其与流体非平衡性试验.在分析盐析两相流特点,总结两相流场测试方法的基础上,认为相位多普勒粒子分析仪(PDPA)是最合适、有效的盐析两相流测量仪器.结合管流及叶轮机械中的应用实例探索PDPA在盐析两相流测量中的方法,提出测量中需解决的关键问题:非球形颗粒测量、液固两相运动区分、测量窗口、旋转叶轮测量的周向定位、两相三维速度测量等,并给出了解决措施.给出部分测量结果,并进行了测量误差分析.为盐析流动机理的研究提供了一种有效、准确的试验手段.     

离心式燃油泵复合叶轮的数字化设计及验证

针对现有加油系统的燃油泵不足,采用复合长短叶轮对原有燃油泵进行改进.首先,采用数值模拟方法进行多次迭代设计,得到水力性能最优的复合叶轮模型.其次,对该模型进行了三维流场的数值模拟,分析其内部流动特性与外特性曲线.最后,根据优化设计结果生产试件,并进行试验验证.通过对比复合叶轮和原有叶轮的仿真及试验结果可知,复合叶轮的效率和扬程都高于普通形式的叶轮,特别是有效改善了小流量工况的稳定性,其有效运行区间由原先的1.3倍变流量工况增大到2倍变流量工况.该研究为其他航空高速宽工作区间燃油泵的优化设计提供了参考.     

测量小流量的切向式涡轮流量传感器的仿真与实验

为深入研究切向式涡轮流量传感器的工作机理,推导了流体对涡轮叶片的驱动力矩,得出切向式涡轮流量传感器仪表系数的数学表达式.依据湍流模式理论以及计算流体力学,提出涡轮转子Z方向力矩平衡分析法实现对涡轮转速θ的准确预测,进而对切向式涡轮流量传感器三维流场进行了分析,得出仿真仪表系数计算公式.全量程内仿真仪表系数KS与物理实验标定的仪表系数KP的对比表明,模拟计算仪表系数相对误差最大值为7.51%,说明构建的数值模型以及提出的分析方法能够准确反映切向式涡轮流量传感器内部流体的流动特性.     

基于Pro/Engineer的双流道式叶轮三维实体造型

针对双流道式污水泵叶轮传统设计方法存在的不足,提出利用Pro/Engineer软件对该类型泵叶轮进行三维实体造型设计的一种方法.在该设计方法中,采用阿基米德螺旋线为流道中线,在造型过程中编入程序生成流道中线,并对原木模图和流道面积变化规律进行修正,实现对双流道式污水泵叶轮的三维设计.给出设计方法和过程,通过数值模拟与清水条件下用该方法设计出的泵的实测结果对比,表明该三维造型方法设计出的叶轮结构合理,但在输送多相流介质时的效果上还有待于进一步实验验证.     

多翼离心风机跨叶轮流动数值模拟研究

为准确模拟多翼离心风机各工况内流特性,将定常和非定常数值计算的结果与试验数据进行了对比,结果显示:非定常计算的结果比定常计算更准确,收敛性也更好.对于高效工况及大流量工况,定常计算足以准确预测风机的性能;但对于小流量工况,则须进行非定常计算以捕捉可靠的流场.不同工况下风机内流场的进一步分析表明:部分气体在出口背压的作用下,于蜗舌处反向穿过叶道并在下游重新进入叶轮形成跨叶轮流,其规模和强度随风机流量的减小逐渐增强.该跨叶轮流动不仅封锁住部分叶轮段,改变叶轮进出口处的压力脉动特性,还进一步影响风机进气室内的流动状态.     

大间隙磁力传动系统矩角特性计算模型

为了使系统保持最大驱动力矩、寻求驱动力矩随永磁体转角变化的规律,通过有限元仿真的方法,确定了电磁体的通电状态切换区间;建立了系统矩角特性计算模型,用MATLAB对其进行求解,分析得出了系统矩角特性曲线变化规律;搭建了相应的实验系统,对各参数条件下的系统平均力矩进行了测量.通过对比研究结果表明,系统矩角特性曲线与有限元仿真所得最大包络线变化一致,并围绕实测的平均力矩波动,所得到的矩角特性计算模型是可信的,得到了主要参数对系统驱动能力及转矩脉动程度的影响规律,为进行提高轴流式血泵稳定性方面的研究提供了理论依据.     

流体机械叶轮内二次流及尾迹发展

利用有限体积法对N-S方程进行数值求解.模拟了离心叶轮内的粘性流动,研究了不同转速和不同流量对二次流及叶轮出口截面尾迹区的影响.研究结果表明,三维粘性流动数值模拟二次流的结果与二次流理论分析结果相一致,对于离心叶轮出口尾迹区,无论是数值大小还是区域范围都与实验结果基本符合.     

Darrieus风力机的动态气动性能实验方法

提出了一种可准确测量风力机动态驱动力矩的实验方法.该方法通过对风轮转速施加开环伺服控制,能够在不显著地引入力矩干扰的前提下,保证风力机运行在任意尖速比范围.通过设计合理的求导算法求取准确的加速度数据,以计算惯性力矩并实现动态空气动力矩的准确测量.针对该方法存在的尖速比波动问题,进行了误差分析,确立了数据处理中合理的尖速比取值方式,以降低尖速比波动对实验结果的影响.进行了定桨下的叶片气动驱动力测量实验,测得了驱动力随转速和偏桨的变化曲线,其变化趋势与现有理论结果和仿真分析结果大体一致,从整体趋势的角度验证了本文方法的可行性.     

基于Fluent/ISIGHT贯流式潜水泵流场与结构优化研究

针对目前潜水泵体积笨重的问题,利用Fluent软件,对贯流式潜水泵进行全流场仿真模拟. 基于CFturbo软件经验叶轮结构,对潜水泵流场特性进行定常仿真分析. 基于ISIGHT优化平台通过CFturbo和PumpLinx实现叶轮结构的参数化建模和仿真过程,针对扬程、效率和轻量化3个优化目标,借助多岛遗传算法进行叶轮结构优化. 优化后结果表明,在额定流量工况下,扬程提升5.1%,水力效率提升2.1%,叶轮直径减小1.9%,不同流量工况下的潜水泵性能总体优于优化前的性能. 根据现场测量的实验数据,在额定流量工况下,扬程误差为0.31%,证明优化结果可靠,效果良好.     

径流式透平叶轮内部三元流动的计算方法及其特性分析

基于Ｄｅｎｔｏｎ对置差分格式，发展了径流式透平叶轮内部三元流动Ｅｕｌｅｒ方程的时间推进有限体积求解方法，并对一个车用增压器径流式透平叶轮的内部流动在多个工况条件下进行了计算分析，揭示了其内流规律，与准三元流动分析结果的比较表明：准三元流动模型由于抱略了流面厚度的变化，相应的流运输设计计算都有局限性。因而，对径流式透平叶轮应该采用全三元流动分析方法设计叶道，以求叶轮内流效率及透性能有较大幅度的改善。     

基于汽轮机模拟叶轮的模态测试实验

为了解决汽轮机叶轮受到汽流等激振作用时产生共振现象造成汽轮发电机组动静碰摩等故障,甚至更为严重的机组事故问题,本文基于共振法原理,对汽轮机模拟叶轮进行调频激振,提出一种以布置于叶轮上的细沙来表示模拟叶轮振型的模态测试实验分析方法,并将实验振型与解析计算和有限元计算结果进行对比分析,验证实验可靠性.研究表明,应用所提的实验方法可以直观准确地反映汽轮机模拟叶轮的振型,分别为轮盘系统的振动特性分析与制造加工提供实验基础与技术支持.     

基于单流道瞬态仿真的旋转流体机械伪集总叶片法研究

针对旋转流体机械的全流道模型仿真方法成本高,且网格质量难以保证的问题,提出了一种基于单流道瞬态仿真模型的伪集总叶片法来计算叶轮转矩和分析变矩器的叶轮交互效应及其内部流场特性.建立了D400型液力变矩器的三维瞬态单流道仿真模型,提出基于PLSM来计算叶片和叶轮的时域转矩,并以此进一步分析变矩器的叶轮交互效应及其对液力变矩器性能的影响.研究结果表明:该方法得到的泵轮,涡轮和导轮的转矩结果与实验结果最大误差不超过11.1%,原始特性的误差小于4.37%,性能特性与理论及实验结果一致;该方法有效可靠,可在保持精度的同时降低计算成本.     

基于最大回正力矩的轮-地摩擦因数估计法

轮-地摩擦因数是对车辆控制尤其是车辆主动安全控制系统非常重要的一个量,但现有的方法却很难对其准确地测量,在介绍Brush轮胎模型的基础上,针对轮胎侧偏特性做了不同载荷下的单轮台架试验,验证了轮胎模型的准确性.在深入分析电动助力转向系统(EPS)动力学特性的基础上,利用EPS自带传感器测量了转向系总的回正力矩,并推导出了最大回正力矩与轮-地摩擦因数间的线性关系.通过提出3个假设,理论推导了利用现有传感器判断回正力矩峰值时刻的方法并进一步提出了轮-地摩擦因数的最大回正力矩估计算法(MAMM).通过多种工况下的仿真计算和试验分析发现该估计方法适用于各种不同路面且具有很高的估计精度.     

飞机舵面铰链力矩飞行实测技术研究

测量飞机舵面铰链力矩是飞行试验的一项重要任务。本文提出了通过测量传力关键件的载荷和利用传力关键件安装的空间位置来测量飞行中舵面铰链力矩的方法。以某型飞机为例,详细描述了如何利用该方法测量舵面铰链力矩的过程。这种方法对飞机舵面铰链力矩飞行实测有重要的参考价值。     

带分流叶片叶轮的模型重建及气动特性分析

利用imageware和UG软件,采用基于特征的重建方法,完成一种带分流叶片叶轮的实体模型重建;运用Ansys软件实现了重建叶轮的气动特性分析,给出了叶轮在不同转速下的流量特性曲线,具体分析了叶轮在某流量下的速度和压力分布.结果表明,重建的叶轮等熵效率高,安全工作范围比较宽广;叶轮流道内气体流动稳定、压力增加均匀.     

平行进口叶轮切割对混流泵作透平的影响

为了探究叶轮切割对混流泵作透平的影响,设计一比转速为240的混流泵作透平,平行叶轮进口进行4次切割,切割同时保留透平叶轮的前后盖板,运用CFD与试验结合的方法得出混流泵作透平的外特性,分析叶轮切割对混流泵作透平的内部流动影响.结果表明:随着叶轮切割比例增加,混流泵作透平流量效率曲线向小流量工况偏移,在小流量区间,透平轴功率上升,扬程下降,在大流量区间透平轴功率下降,扬程上升.叶轮切割后叶轮与蜗壳间的循环流量增加,透平水力损失增加,因而透平最高效率下降.采用混流泵切割定律推测不同切割比例下透平高效点的外特性参数,发现推测所得外特性均高于试验值,但误差较小,混流泵叶轮切割定律可近似用于透平工况下叶轮切割的高效点预测.     

迷宫密封泄漏对小流量离心叶轮气动性能影响的研究

在考虑密封泄漏损失的情况下,对小流量二氧化碳离心叶轮进行了三维黏性计算流体动力学分析,对比了考虑密封泄漏前后的计算结果.在设计工况下,叶轮等熵效率下降了8.1%,表明对小流量离心压缩机性能及主流流动结构进行准确的数值预测,必须考虑密封泄漏.为了揭示密封泄漏对离心叶轮性能的影响,通过改变迷宫密封的间隙得到了不同的密封结构,并在设计工况、小流量工况和大流量工况下分别进行了数值分析.结果表明,在一定流量工况下,随着密封间隙的增大,密封泄漏损失系数近似线性增大,离心叶轮等熵效率随之近似线性地下降.     

变转速轴向柱塞泵恒流量控制的建模与仿真

以变输入转速下泵控马达恒速系统为对象,分析轴向柱塞泵变量控制机构的控制机制和斜盘变量机构力矩特性,建立了变输入转速情况下泵的流量控制模型,针对泵转速扰动提出了扰动乘积补偿和PI控制综合抑制方法.并在仿真软件EASY5上建立了泵控马达系统和变量泵排量控制仿真模型,对变量泵变量时间和转速扰动抑制进行了系列仿真.结果表明,在剧烈输入转速扰动和负载压力扰动下泵输出流量依然能保持恒定.     

轴流泵叶轮出口流场的3D-PIV测量

为了全面揭示轴流泵叶轮出口流场规律,采用3D-PIV技术对一经改装的轴流泵在设计工况、高效区工况、马鞍区工况、小流量工况和大流量工况下的叶轮出口流场进行了全面测量,并运用TSI公司的Insight和Tecplot软件对数据进行了后处理,得出了各个测试工况下叶轮出口测试区域的空间流线图和横断面三维流速的云图分布.试验结果揭示了轴流泵叶轮出口流场呈螺旋形向外运动的趋势,水流具有较为明显的三维流动特征;证明采用3D-PIV技术对轴流泵叶轮出口流场进行研究是可行的,能够反映三维流场的实际情况,为轴流泵设计提供参考,并对CFD数值模拟轴流泵叶轮出口流场的结果进行验证.