有压力梯度的层流旋转边界层的求解及其在叶轮设计中的应用

本文第一部份将卡门——波尔豪森方法应用于旋转系统中的、有压力梯度的二维层流边界层上。它是一般的固定系统中的、有压力梯度的二维层流边界层的积分近似法［１］［２］［３］的推广。当Ω＝０时，其结果全部转换到Ｈ．Ｈｏｌｓｔｅｉｎ和Ｔ．Ｂｏｈｌｅｎ［２］的原来的形式。 本文第二部份，用上述方法计算了离心式叶轮叶片吸力边上，三种具有典型意义的速度分布的边界层发展，并讨论了最佳速度分布。其结论与文［１３］的结果基本一致。我们还用上述方法估算了两个叶轮吸力边上的分离点位置，并将其结果与实测数据进行了比较。这两个试验叶轮被设计成满足逆转捩准则。 本方法的结果与 Ｒ．Ｍ．Ｈａｌｌｅｎ， Ｊ．Ｐ．Ｊｏｈｎｓｔｏｎ和 Ｗ．Ｒ．Ｒｅｙｎｏｌｄｓ关于“旋转圆弧叶片上的层流边界层”［４］的精确解作了比较。也与Ｇ．Ｊｕｎｓｃｌａｕｓ关于“用卡门——波尔豪森方法分析旋转平板叶片上的边界层”［５］的结果作了比较。     

混流泵叶轮的正反问题迭代法设计及流动分析

提出了用正反问题迭代法设计混流泵叶轮的新方法。该方法能够有效地弥补传统方法设计叶片时轴面流动的计算仅满足流体连续方程的缺陷,同时考虑了叶片形状对轴面流场计算的影响。通过两类相对流面迭代求解流体连续方程与运动方程,完成设计叶轮的正问题计算。采用逐点积分法进行叶片骨线绘型,在轴面上加厚叶片,在保角变换平面内修圆叶片头尾部,完成反问题设计。正反问题迭代计算直至收敛,最终完成混流泵叶轮的设计。采用SIMPLEC算法,通过求解Navier-Stokes方程和RNGk-ε湍流模型方程,模拟了混流泵叶轮内的三维流场,获得了叶轮内的速度与压力分布。结果表明:正反问题迭代方法设计的叶片对于水流的控制能力增强,叶轮内部流动稳定,压力分布均匀,具有更优的水力性能。     

旋喷泵叶轮内的准三元流动计算

采用任意准正交面方法求解旋喷泵叶轮内准三元流场．通过同时求解沿准正交面与Ｓ＿１Ｓ＿２流面交线方向的速度梯度方程和沿流线方向的能量方程求得了旋喷泵叶轮内的准三元解，指出了旋喷泵内准三元流动的流场分布特点是叶片工作面速度先减小后增大，叶片背面速度先增大后减小，叶轮流道中的空间流线从进口到出口逐渐变密，明确了叶轮设计时应注意的问题。     

分流叶片离心泵叶轮内变工况三维数值分析

对带分流叶片的离心泵叶轮不同工况下的内部流动进行数值模拟分析．计算采用雷诺时均方程和修正了的κ-ε湍流模型,在压强连接的隐式修正法建立的压力速度校正方程基础上,利用贴体坐标系和交错网格技术进行计算．计算结果揭示了带分流叶片的离心泵叶轮内部湍流流动不同工况下的速度分布及压力分布规律,对叶轮内部流动状况进行了分析和研究．结果表明：随着流量的增加,叶轮内相对速度增大明显;叶轮内整体动压随流量增加而下降,动压在叶轮内的分布场为大流量比小流量更加均匀．     

面内载荷作用下复合材料对称层合板孔边层间应力分析

本文以“边民层理论”讨论了含有圆孔的对称层合板在面内载荷作用下孔边的层 间应力计算问题。推导了“完整的”边界层方程．得到了解析形式的解答。这些方程 补充和完善了Ｓ．Ｔａｎｇ所得的方程［９］。本文以［９０／０］ｓ，［０／９０］ｓ，［－４５／４５］ｓ 及［４５／－４５］ｓ。四种层合板为例进行了数值计算。最后，对层间应力的某些性质以及 层板铺层顺序对层间应力的影响作了分析和讨论，给出了一些对设计者有益的结论。     

基于泵内纸浆悬浮液数值计算的纸浆泵设计

在由吸水室、前盖板、半开叶轮和涡壳组成的过流部件内，对纸浆悬浮液的流动进行了三维不可压两相湍流流动计算．计算采用双流体模型及κ-ε湍流模型，Phase Coupled SIMPLE算法进行压力速度耦合计算．根据计算结果，对两相流动的速度、压力及体积分数进行了对比和分析研究．发现在叶轮叶片数较少的情况下，叶轮流道内速度变化不均匀．并着重对前盖板与叶轮间隙内的流动进行了分析，揭示了半开式叶轮输送两相流介质的优点所在．该计算结果为建立少叶片半开式叶轮纸浆泵的设计方法提供了理论依据．根据新的设计方法设计出的纸浆泵，效率经检测高出国家标准17．5％．     

多相泵叶轮准三维可控速度矩设计

以速度矩作为控制参数,推导多相泵叶轮中均匀流模型的准三维反问题计算公式,并给出叶轮叶片形状的反问题设计方法.通过选择合适的速度矩分布,进行叶轮的子午面反问题计算,对多相泵叶轮的叶片形状进行初步没计.对计算结果的分析表明,利用准三维方法进行多相泵叶轮的可控速度矩设计是经济且有效的.     

离心泵叶轮回转S1流面流函数方程的理论研究

根据离心泵叶轮Ｓ１流面的流体运动方程,推导了间接边界元法所需的流函数方程,它适用于不可压理想流体的绝对流动有旋或无旋流动．利用分离变量法从中分离出特解和通解．特解主要受流体的预旋、叶轮理论流量、叶轮旋转、流面形状和厚度的影响,通解主要受叶片形状的影响．     

微型燃气轮机叶轮内流动的研究

对Honeywell Parralon 75型微型燃气轮机的压气机与向心透平叶轮内的流动进行了数值研究，该机为单轴单级，压比为4／1，流量为0．68kg／s．计算方法基于Jameson格式，湍流模型选择Baldwin-Lomax模型．计算结果为分析叶轮流道内二次流的形成与发展提供了详细的流动结构．压气机叶轮采用分流叶片，可以延缓横向二次流的发展，降低叶片吸力面扩压程度，减小叶轮出口尾迹的强度与范围，对提高叶轮效率起到决定性的作用．透平叶轮流道内部的损失区主要集中在吸力面一侧，叶顶间隙的泄漏流动使得吸力面与叶顶间的角隅区的损失有明显加大，控制叶轮的径向间隙对控制流动损失有明显作用．     

结构应力S（t）的复合Poisson更新过程模型

讨论结构在设计基准期［０，Ｔ］内应力出现的规律。考虑应力出现时间间隔是一串独立同服从Ｐｏｉｓｓｏｎ分布的随机变量序列，建立Ｐｏｉｓｓｏｎ更新过程模型，获得结构应力在设计基准期［０，Ｔ］内的最大值概率分布以及结构可靠度和结构当量正态设计表达式。     

搅拌桨内部三元流动计算

对计算叶轮机械内部三元流动的任定准正交面法略加个性后，用于计算搅拌桨内部的流动。计算所得的桨叶排出流的三维速度分布与实验结果大体一致。计算结果表明，不同转速下的桨叶排出流的无因次轴向速度分布是重合的，桨叶直径，叶片安放角，盘面比，轮毂比对桨叶排出流的速度分布的均有影响。     

轴流泵、径流泵及混流泵流线型叶轮三元解析设计方法

在三元圆柱形坐标系中求解叶轮泵内流体连续方程、运动方程及能量方程,得到相对速度的分布及流面的解析表达式,再按照流面形状设计轴流、径流和混流泵叶轮轮盘及叶片,消除泵内紊流及滞止流,改进叶轮的流体动力学特性并提高泵效率．此方法在混流形叶轮血泵应用后,成功解决了叶轮泵破坏血液的难题．     

有限元病态刚度方程的解法研究

对有限元局部节点位移构成准刚体运动情况进行了研究，提出了一种新 的改性转换矩阵［Ｑ］，给出了两种简单易行的计算［Ｑ］Ｔ［Ａ］［Ｑ］的方法．所提 方法对直接法和迭代法求解有限元病态方程都是适用的．算例表明，得到了 较好的计算结果．     

三元叶轮子午流道和叶片的优化方法

利用反问题计算间接对叶片进行参数化并结合神经网络技术，建立了一种基于三维黏性流动分析的叶轮优化设计方法．该方法将设计变量分为叶片的设计变量和子午流道的设计变量，并分别作为子系统和中心系统。首先，在子系统内保持子午流道形状不变，利用遗传算法对叶片进行优化．然后，在中心系统内利用试验设计理论安排训练样本，采用神经网络建立叶轮性能与子午流道设计参数之间的响应关系，同时计及叶片形状对叶轮性能的影响，对子午流道及叶片进行优化。该方法设计变量个数较少，通过将设计变量进行分类并分步优化，有效地减少了计算量，对三元叶轮的优化问题具有良好的应用前景。通过对一台混流泵叶轮进行优化，扬程和效率分别提高了7．43％和3．37％，从而验证了该方法的实用性。     

离心压缩机环列叶栅叶片不稳定脉动力的确定

考虑了近叶片相互作用，首次推出了周期非定常来流作用下环列叶栅叶片上不稳定脉动力计算公式．利用此方法可确定在叶轮叶片粘性尾迹作用下扩压器叶片上所受的不稳定脉动力．由计算公式可计算出叶轮结构参数、气流参数、扩压器叶片几何参数、扩压器叶片气流攻角等对扩压器叶片上不稳定脉动力的影响，为设计低噪声离心压缩机、通风机提供理论依据．     

关于求解叶轮机械中三维跨音流场途径的探讨

本文比较了求解叶轮机械中带激波的三维跨音流场的两种不同的途径，着重分析了 文献［２］中存在的错误并指出［２］中所给出的三个程序没有一个能用来计算 Ｓ１流面上的 带激波的跨音流场。在此基础上，得到如下初步结论：两族相对流面理论未必是求解当 代叶轮机械中带激波的三维跨音流场的好方法，相反，直接求解三维流动的方法是更为 可取的。     

离心式叶轮内三维紊流场的数值模拟

对设计工况下离心压缩叶轮内三维紊流场进行了数值模拟，数值计算使用加罚有限元方法求解三维、定常、不可压缩，时均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和Ｋ－ε紊流模型方程。数值计算结果揭示了离心压缩机叶轮出口的射流－尾迹特性和二次流分布规律。本文的研究表明：加罚有限元方法具有预元复杂流场的能力，并且可以大大减小有限元方法的计算工作量。     

离心泵进口回流的发生机理及预估

在小流量工况下,水泵进口不可避免会出现回流,从而影响水泵的安全运行．文中利用动态探针对不同叶片进口角、叶片数、闭式和开式不同叶顶间隙共１０种不同几何形状的离心泵叶轮的进口叶片间流场分布进行了测试,弄清了叶轮形状对回流向上游扩散速度的影响．根据实验结果,讨论了回流的发生机理,提出了利用准三元流场计算和前盖板上紊流边界层计算相结合的方法,来预估常规叶片数的闭式叶轮进口回流发生点．     

小流量工况下旋转离心叶轮内部流场PDA测量与分析

在小流量工况下，采用PDA技术对一旋转离心叶轮内部的速度场进行了测量与分析，叶轮出口带有无叶扩压器．对流道内不同流面的数据进行了数据采集和统计．实验结果表明，在小流量工况下，沿周向叶轮内的相对速度从吸力面到压力面先减小后又增大，吸力面处的速度大于压力面；沿流动方向，因流道逐渐变宽，相对速度逐渐减小；靠近轮盖侧，流场结构复杂，在流道中部存在低速区；沿轴向，从盖侧至盘侧，相对速度逐渐增大，分布逐渐均匀；叶轮出口吸力面侧存在气流分离现象．     

离心式或混流式压缩机跨盘盖相对流面上流动分析(正命题)

概述本文在T.Katsanis于文献[1]中所述方法的基础上,根据某些基于试验结果的假定,为叶片中心面所代表的跨盘盖平均相对流面在进出口附近作了修正,在已知叶轮几何形状、运行参数(包括非设计工况)条件下,进行了跨盘盖相对流面流动分析。并在此基础上,按J.D.Stanitz假定,对叶片表面速度作了近似计算。在掌握了某种三元叶轮造型方法(如水泵的几何作图法)基础上,应用该正命题方法和计算程序可判断所设计叶轮气动性能好坏,以反复修改叶轮设计。这样也可介决三元叶轮的设计问题。我们曾用这种方法设计了某成套设备中离心式空气压缩机的第一级叶轮。