车用增压器径流式涡轮转静干涉效应研究

为研究增压器径流式涡轮内部转静干涉效应对涡轮内部流动损失、涡轮工作效率和工作性能的影响,借助逆向建模的方法建立径流式涡轮三维模型,运用非线性谐波法并结合增压器变工况的实际运行特性对涡轮增压器径流式涡轮内部转静干涉效应进行研究。结果表明,径流式涡轮内部转静干涉效应的主导因素是尾迹干扰,喷嘴环流道的后半弦长位置及整个涡轮叶轮流道是主要形成区域,形成机理是涡轮叶排的势流干扰受到主流流动的阻滞而造成迁移的距离有限,而尾迹能够随着主流的流动向下游输运。转静干涉作用的影响因素是转静叶间距离,合理增大径隙比结构参数可以改善涡轮内部的气动特性。叶顶间隙涡与上游尾迹相互作用以及尾迹与通道涡等涡系的强烈掺混是涡轮叶轮流道内呈现非定常流动的主要因素。合理减小涡轮叶顶间隙比能够降低涡轮内部流动损失。     

支板对大子午扩张涡轮流动损失的影响

大子午扩张涡轮的端壁流动损失较大,采用前掠宽弦叶型能够大大降低端壁的流动损失,但对支板的气动设计带来了较大难度。通过采用新的支板与导向器位置布局对支板进行设计,对不带支板的前掠宽弦涡轮导向器和带支板的前掠宽弦涡轮导向器进行流动和损失对比分析。探讨了支板对采用前掠宽弦叶型的大子午扩张涡轮导向器流动损失的影响。研究表明:支板的加入只对支板两侧流道产生影响,损失的差异主要集中在支板吸力侧流道的支板吸力面和支板压力侧流道的叶片吸力面区域。且因径向压力梯度,涡系的径向运动剧烈。     

环形压气机叶栅内部严重分离流动的实验研究

流动分离是关系到叶轮机械运行安全性和经济性的重要流动现象。为了进一步揭示这一复杂流动现象的特性和物理模型,该文应用激光Ｄｏｐｐｌｅｒ测速仪和七孔气动探针对一环形压气机叶栅在大攻角下的流道内部和流道出口的流场进行了实验研究。得到了流动严重分离情况下的流场速度、湍流度、湍流应力、总压损失及静压等重要流场参数的分布和分离区的形态。实验结果揭示： 在分离流动中粘性分离和惯性分离并存; 分离后的流场呈现出主流、剪切流和分离涡流三区共存的特征,其中速度剪切层对叶栅特性产生显著影响; 在分离边界附近,流动参数变化剧烈,可作为判定分离边界的依据。     

电火花加工用多孔质电极内部流场仿真与优化

为获得加工液在多孔质电极中流动的一般性规律,通过建立多孔质电极内部流道模型,采用数值方法对其内部流场进行了模拟仿真,并进行了实验验证.仿真结果与实验结果均显示普通多孔质电极的加工液大部分耗散于不参与加工的区域,加工液的利用率不高;采用裹覆铜箔的电极优化方法后,大幅提高了加工液利用率,但由于电极内部流道复杂狭窄,导致加工液的流动效率较低;进一步采用中空电极的优化方法后,其加工液利用效率不仅达到普通多孔质电极的5倍,也可减小加工液流动时的压力损失,提高加工液流动效率,获得较好的冲液效果.     

聚变堆包层第一壁流道换热性能研究

以聚变堆包层第一壁内流道作为研究对象,设计了以空气为介质的包层第一壁U型流道换热性能实验台架.通过测量第一壁流道沿流动方向的温度和压力分布,研究了在不同管径和雷诺数下,温度、流速和弯头形状等因素对第一壁流道换热性能的影响,并与数值模拟结果进行了对比分析.实验结果表明:30mm×30mm最大的U型方管可以在不增加流动阻力的情况下,提高流体与管壁之间换热强度23%,并且通过弯头处渐缩的优化改进可进一步提高换热强度15%,数值分析结果与之也较符合.本研究表明通过改变包层第一壁流道的形状和尺寸可以有效提高第一壁流道的换热性能.     

离心泵内部流场的三维空化湍流的数值计算

采用Singhal等人发展的一种三维混合流体完整空化湍流模型,基于RNG的k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对离心泵内部的全流道三维空化流动进行定常和非定常数值模拟.根据空化流动模拟计算的结果,得到定常和非定常情况下空化余量和扬程的曲线,与实验结果进行对比,说明计算结果能够真实反映离心泵内部空化流动的性能.进而有效地预测叶轮内部流道空化发生的部位和空化流动的发展情况,分析空化余量的降低对离心泵空化性能的影响.研究结果表明,所采用的空化模型和数值计算方法能够用于离心泵在设计工况下的空化性能的计算.     

水力机械三元流动基本方程及其解

本文提出了水力机械三元流动的基本方程及其解法,为了适应叶轮内部复杂的边界形状,采用了非正交曲线坐标和非正交速度分量。     

基于RNG模型的虹吸式出水流道三维紊流数值模拟

虹吸式出水流道是大型泵站广泛采用的一种出水流道型式,其几何形状复杂,流道内的流动分布大多不均匀,并有局部的涡旋、回流、脱流现象．为了深入了解其流动特性,采用RNGκ-ε紊流模型,对流道内流动进行三维紊流数值模拟．并通过模型试验验证了数值模拟结果的正确性．     

叶顶泄漏流对半开式离心泵叶轮流动结构的影响

为研究不同叶顶间隙下叶顶泄漏流对半开式叶轮离心泵流动结构的影响,设计5种不同尺寸叶顶间隙方案,采用SST k-ω湍流模型,对半开式叶轮离心泵进行全流道三维数值计算,分析半开式叶轮叶顶间隙内部流动结构并进行可视化实验验证.结果表明:随着叶顶间隙的减小,离心泵的扬程和效率明显上升,间隙值减小到0.7 mm时,进一步减小叶顶...     

流道截面形状对微流体流动性能的影响

微尺度条件下流体的流动特性是微纳零件制造与微机械装置控制系统设计中需考虑的重要因素.采用基于Navier-stokes运动方程开发的Moldflow MPI软件,以PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）材料为对象,研究圆形、半圆形、梯形、矩形和正三角形5种微流道截面形状对非等温非牛顿流体流动性能的影响.研究结果表明：微流体在截面形态不同,长度均为50 mm微流道中的流动长度与流道截面的比表面积（截面周长与截面面积的比值）呈反比关系,比表面积越小,流动长度越大;当微流道的比表面积较小时,熔体温度与注射压力对流动长度的影响较大;当比表面积较大时,熔体温度与注射压力对流动长度的影响较小,且不论比表面积如何变化,注射压力对流动长度的影响比熔体温度对流动长度的影响显著.     

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.      

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.     

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.     

Y型组合式微通道多相流流动形态实验研究

微通道设备具有高效的传热、传质能力,有利于实现气液多相流的有效混合,从而提高工业应用生产效率。但对于工业应用中,形状不规则的微通道的气液两相流流动形态研究一直是微通道研究的难点。本文基于优化过的Y型组合式微通道结构,进行了复杂微通道内部全流场流动显示实验,实现了对微通道内部不同流量下的气液多相流流动形态的综合测量,获取了基于高速摄像的微通道内部气液两相流分布,对Y型组合式微通道内部流型进行判别,并对气液两相间流动规律进行了数值模拟,提取了沿流道方向的压力分布。研究以时均特征面积为指标评判了不同流型下的时均气液高效混合区域面积。结果表明,气液多相流流型会显著影响气液多相流混合剧烈程度,大大促进了气液两相流混合效果,增大了气液接触面积。     

矩形窄缝流道流动过冷沸腾起始点的实验研究

通过高速摄像可视化观察并结合基础传热数据采集 ,给出了模化工质在中压条件下 ,竖直矩形窄缝流道内过冷流动沸腾起始点的实验结果。讨论了影响矩形窄缝流道内过冷流动沸腾起始点的各因素 ,在Bowering关系式的基础上 ,考虑质量流速和压力对过冷流动沸腾起始点的影响 ,使用多元线性回归的方法 ,得到了关于矩形窄缝流道过冷流动沸腾起始点的修正关系式 ,与实验数据进行比较 ,误差范围为± 30 %。     

高负荷低展弦比涡轮流动机理

为满足固体推进剂涡轮火箭发动机高负荷、高效率、低展弦比涡轮设计要求,对发动机涡轮进行初步设计.采用哈尔滨工业大学编制的叶型编辑程序,设计单级膨胀近似为4的涡轮动静叶叶型,采用NUMECA软件对所设计的涡轮动静叶流场进行数值计算.结果表明:高膨胀比涡轮动静叶整个流道内均出现超音速流动,采用缩放通道可减小激波损失;静叶出口马赫数较高,产生的尾缘激波与相邻叶栅吸力面相交,使吸力面马赫数波动,产生逆压梯度,增大了流动损失;在动叶中,端壁附面层内二次流沿壁面汇聚到吸力面中部,使吸力面中部损失增大.     

滴灌滴头内流场的数值模拟及流道优化设计

针对滴灌技术中农用传统迷宫型滴头流道内易堵塞的缺点,提出根据流线形状设计"自清洗"型滴头的思想.以滴头流道内流场的三维数值模拟分析为基础,以减少非主流区域通流面积和避免较大的主流速度梯度为基本思想,对滴头流道的结构形状进行优化设计,消除流道中的滞止区和涡旋区,使得流道内速度分布趋于均匀以减少低速流动区域.优化前、后的计算结果表明:优化后的滴头能够有效地避免内部涡旋和滞止区的产生,提高了滴头流道的抗堵性能;滴头在紊流流动状态运行时,流道的近壁面速度较高,抗堵性能更好;优化后的滴头流道整体压降降低,可以通过延长流道长度和增加进口流量予以弥补.     

复杂型材挤出模结构优化设计方法

采用APDL建立了面向CAE的模头流道参数化模型,用分步单元划分策略和壁面滑移边界条件,完成了复杂型材熔体在模头内流动过程的三维数值模拟,获得了流道内的速度分布和压力分布.在此基础之上,以模头出口处型材截面上各子区域平均流速相等为优化目标,对模具流道的结构参数进行了优化设计,优化后流动平衡性有显著提高.复杂型材SF56流道结构参数的优化设计和实验,证明了该方法的正确性和有效性.     

任意曲线坐标系Euler方程S2流面的计算方法

为提高S2流面计算方法对涡轮复杂几何的适应性和计算能力,详细推导了任意正交曲线坐标系下应用于流道中心S2流面计算的Euler方程,提出了任意曲线坐标系Euler方程S2流面的计算方法,发展了适用于三阶精度总变差减小的差分格式的数学模型,结合了隐格式时间推进、Riemann问题求解等技术。在应用于带弧形凸起的流道及某直叶栅气动参数计算,并对某三级低压涡轮进行性能预测的结果表明:所提方法对激波具有较高的捕捉精度,能够较准确地获得叶栅气动参数分布,且与实验结果吻合良好;对于多级涡轮总性能参数和气动参数分布均有较高的计算精度,是一种可为涡轮设计提供快速、可靠的计算方法。