涡轮流量计数学模型与优化设计

本文应用流体力学边界层理论,对涡轮流量计涡轮叶片受到的流体粘性阻力矩作了较详尽的理论分析,得到了粘性阻力矩的计算公式。公式表明,在层流流动时,粘性阻力矩与流量的3/2次方成正比;在湍流流动时与流量成13/7次方关系。从而导出了全新的涡轮流量计的数学模型。根据这一数学模型计算的涡轮流量计的特性曲线与实验结果甚为吻合。文中还提出了关于涡轮流量计临界雷诺数Re_(c1)的新概念。认为可以用Re_(c1)的值作为判别涡轮流量计特性曲线优劣的准则数,对仪表结构参数进行优化设计,以扩大仪表的量程比。     

汽车转向轻便性试验数学解析研究

文章分析了作用于汽车转向轮的转向力矩,并给出了转向轮回正力矩和转向阻力矩的计算公式;根据此公式建立了汽车转向行驶时转向力矩、车轮转角、转向盘转角间的解析关系,并在此基础上参照标准推导出了汽车轻便性试验解析计算方法,通过试验验证了该解析计算方法的正确性,为汽车开发提供了理论参考。     

单螺杆式水力机械螺杆-衬套副摩擦阻力矩的计算

单螺杆式水力机械螺杆和村套之间的摩擦阻力矩受诸多因素的影响,螺杆-衬套副的作用线(啮合线)难以用简单的计算式表达.本文根据橡胶弹性物理学理论研究了螺杆-衬套副中的各项摩擦阻力矩,如:横向力引起的摩擦阻力矩、倾倒力矩引起的摩擦阻力矩、惯性力引起的摩擦阻力矩、螺杆-衬套副的过盈值引起的摩擦阻力矩等,并给出了计算表达式,由此还给出了螺杆-衬套副的自锁条件.举例说明了摩擦阻力矩随各种参数的变化规律.     

煤矿井下履带车辆转向阻力矩的计算

应用摩擦理论，根据履带与驱动轮、导向轮、支重轮和托链轮以及履带运动的不均匀性等造成的阻力，推导了履带行走时的内摩擦阻力矩；然后根据路面对履带的运行阻力、不稳定运行时的惯性阻力、转向阻力等，推导了履带转向时的外摩擦阻力矩；得出了一套适用于井下履带车辆转向阻力矩的计算公式。为煤矿井下履带车辆的设计计算提供了理论依据。     

多轴轮毂电机驱动车辆的转向阻力特性

为研究多轴电动车辆的转向阻力特性,在考虑了轮胎负荷变化对轮胎侧偏刚度影响的基础上,建立了车辆3自由度动力学模型;提出了一种稳态转向工况下的转向阻力计算方法,推导了轮胎侧偏角和转向阻力矩的理论计算式.基于该模型,分析了转向阻力矩与转向输入量和车速的关系及理论约束边界,比较了在相同质量与等效履带接地长度条件下轮胎式与履带式车辆的转向阻力矩,讨论了轮胎侧偏角对轮胎力分配的影响,并通过ADAMS软件对计算结果进行了验证.结果表明,相同参数条件下,多轮驱动车辆的转向阻力矩大于履带式车辆的阻力矩,计算模型可为转向控制策略提供理论参考.     

全地形铰接式履带车辆原地转向运动学与动力学建模

针对铰接式履带车辆原地转向过程中的运动学参数与动力学参数求解计算问题,在研究铰接式履带车原地转向工作机理及借鉴现有双履带车转向研究方法的基础上,采用数学建模的方法建立铰接式履带车原地转向运动学与动力学模型,从理论上推导用于分析计算铰接式履带车原地转向时的转向半径、转向角度、转向驱动力矩、履带受到的摩擦阻力及摩擦阻力矩、铰接点处受到的阻力及阻力矩等的计算公式,并结合某一具体车型进行数值求解,最后采用虚拟样机技术对所建立的理论模型进行验证。研究结果表明:该研究成果能为铰接式履带车辆的结构设计及评价整车机动性能等提供理论依据。     

高比转速混流泵叶轮设计方法

基于二元理论，用FORTRAN语言编程实现了高比转速混流泵叶轮的水力设计．给出采用流线迭代法求解轴面流动，应用逐点积分法进行叶片绘形，在轴面上进行叶片加厚和在保角变换平面上进行叶片头部、尾部修圆的基本理论和方法；讨论了轮毂比、速度矩分布函数、叶片进出口边位置等对设计计算结果的影响．该方法有效地提高了设计效率，具有设计计算精度高、得到的叶片表面光滑、叶片表面数据齐全、便于数控机床加工制造等特点，为高比转速混流泵系列叶轮的研发提供了一个平台．     

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.     

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.     

六轮铰接车转向能力的分析与仿真

为了解决一般铰接车折腰转向空间利用率低的问题,设计了一种采用后轮转向方式的六轮摆臂铰接车。根据其结构特点,建立了铰接车转向力学模型,对其转向阻力矩和转向驱动力矩进行了理论分析,得出决定铰接车转向阻力矩大小的因素。利用多体动力学仿真软件RecurDyn建立了铰接车仿真模型,通过对转向阻力矩理论值与仿真值的对比分析,验证了理论计算方法的正确性。     

1.2 MW风电机叶轮气动性能分析与仿真

风力发电机叶轮设计通常分为设计计算与性能验证两部分.对大功率风电机,在得到叶片的几何数据后,必须进行叶轮的气动性能验证计算.建立理论计算模型,以具体1.2 MW风电机叶轮为对象,进行了理论计算和实际数据测试,并建立了仿真验证模型.结果显示,依据理论模型进行设计计算和验证计算时,要适当增大修正系数,保证理论设计与实际运行结果更加接近.在建立大功率叶轮仿真模型时要综合轮毂和叶尖损失,重视摩擦等因素的影响,使模型的仿真验证功能更强.大功率叶轮设计时必须将理论计算与仿真和试验验证相结合,保证设计结果更加符合运行实际.     

Optimization Method for Turbine Airfoil Designing Using Genetic Algorithms, CFD and Parallel Computing

An optimization method to design turbine airfoils using a Genetic Algorithm (GA) design shell coupled directly with a viscous CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis code is proposed in this paper. The blade geometry is parameterized and the optimization method is used to search for a blade geometry that will minimize the loss in the turbine cascade passage. The viscous flow prediction code is verified by the experimental data of cascade, which is typical for a gas turbine rotor blade section. A comparative study of the blades designed by the optimization technique and the original one is presented     

涡轮流量传感器测量气液两相流的数值仿真与实验验证

以Fluent软件为工具,采用双流体模型,对涡轮流量传感器测量体积含气率低于10％的气液两相泡状流进行了数值仿真．提出了以仪表系数迁移量为评价涡轮流量传感器测量气液两相流性能的方法．通过对传感器内部流场的分析可知：随着入口体积含气率的增加,叶片吸力面侧、叶片尾缘附近的气相体积分数明显增加,导致传感器仪表系数迁移量明显增大．以现有传感器与改进传感器的仪表系数迁移量仿真值的对比为判定依据,对现有传感器进行了改进设计．在天津大学自动化学院气液两相流装置上进行了实验,验证了该改进设计的有效性.     

利用双转子流量计确定燃油流量的方法及验证

燃油流量的准确测量对航空发动机性能计算有着重要的影响。在众多的流量计中,双转子燃油流量计有着传统单转子流量计难以比拟的优点,并具有广泛的工程应用前景。本文阐述了双转子燃油流量计的工作原理以及燃油流量计算方法。本文通过对某型发动机性能试飞中双转子燃油流量计的试验数据,得到的计算结果与供应商提供的结果进行比对,两者基本吻合,证明了该计算方法的正确性。     

基于气动激振理论风力机叶片非定常流效应分析

改进了激振理论,应用数值分析对风力机叶片进行计算,分析自激振动对风力机叶片运行振动的影响。通过改进激振理论分析方法,综合分析风力机叶片振动机理,得到风力机叶片振动的根本原因,并提出叶片稳定性判据。通过与实际风力机运行情况对比分析,本方法具有良好的可靠性和实用性。     

风力机设计及其空气动力学问题

针风力机设计中的复杂多变量、多目标和多约束优化问题,提出一种基于Pareto理论的风力机多目标设计框架,并以1．5Mw大型风力机叶片设计为例,讨论了风力机多目标一体化设计的基本特点．然后由此引出风力机设计中至关重要的气动计算方法和非定常气动力建模面临的挑战,概述了风力机空气动力学的复杂性,介绍了在风力机空气动力学计算方法和气动建模方面取得的进展和存在的问题．     

导流叶片两端间隙不同分配对可调向心涡轮性能影响

针对现有可调涡轮产品缺少喷嘴环叶片两端间隙约束机构现状,选取三种典型喷嘴环叶片间隙分布模型,用数值方法研究喷嘴环叶片两端间隙不同分配对涡轮级性能影响,并找出导致涡轮性能变化的相关机理,为提高可调向心涡轮在非设计工况下性能提供参考. 研究结果表明:在小开度情况下导流叶片两端间隙变化导致涡轮级效率差别至少为4％,且流动损失变化主要集中在转子段;导流叶片间隙泄漏流中气体气流角小于主流气体,因此间隙分布变化可以改变转子叶片吸力面前缘附近分离涡位置,从而改变转子叶轮通道内部流动损失,最终影响涡轮性能.      

含轮缘间隙的轴流转桨式水轮机不同工况下的数值分析

通过采用CFD计算软件,求解基于k-ε紊流模型的Navier-Stokes方程,建立轴流转桨式水轮机转轮部分的数值计算模型。对在不同的桨叶角度和各导叶开度下含轮缘间隙的轴流转桨式水轮机内部流动特性进行全面系统的数值计算,阐述了不同工况下流域内的流场分布和轮缘间隙处的流线分布,并分析了轮缘间隙对水轮机内部流动特性的影响。为进一步提高轴流转桨式水轮机性能和电站的稳定运行提供依据。