斜流通风机的计算与试验

本文利用斜流叶轮准三元设计法,设计并研制出了具有大倾斜流面和轴向速度变化的后置导叶型斜流通风机.性能试验与应用结果表明该设计法可靠.     

斜流式泵喷水推进器内部流动不稳定性分析

为了揭示斜流式泵喷水推进器的内部流动规律,利用多重参考系法,选用标准k-ε湍流模型和SIM-PLE算法,对不同工况下斜流式泵喷水推进器进行了数值模拟,分析了泵内部流动与其不稳定性之间的关系及叶轮叶片表面的压力分布规律.结果表明：扬程系数ψ与Q/Qbep曲线在流量为0.65Qbep～0.67Qbep工况下出现了正斜率（Q为工况点流量,Qbep为最佳设计工况点流量）,主要原因是导叶进口轮毂处的回流撞击叶轮出口流动,使其产生流动分离,最终形成旋涡,导致内部流动不稳定,从而使压力上升;在流量为0.65Qbep和0.85Qbep工况下,导叶内均出现回流,回流区域及回流速度随流量减小而增大.模拟分析说明斜流式泵喷水推进器在小流量工况下运行具有不稳定性.     

风机叶轮的子午面计算

风机叶轮的子午面形状是决定其内部流场的主要因素之一,为此,本文提出了离心式和斜流式叶轮子午面型线的通用几何关系式和计算方法.该法是通风机的计算机辅助设计方法中的一部分,它既适用于对已有风机的验算,又能用于风机叶轮子午面轮廊的设计.     

基于Wilson方法的风机叶片建模研究

基于Wilson方法对风机叶片三维建模进行研究.通过Matlab对风能利用系数的非线性约束问题进行优化求解,得到变量轴向诱导因子a和周向诱导因子b的最优解.选定翼型并确定各设计参数,计算出各叶素面弦长和扭角,并对部分参数进行优化,利用Excel将翼型二维坐标转换为三维空间坐标,导入Solidworks建立叶片的三维建模.此建模方法从理论上对叶素面风能利用系数进行优化,建模精度较高,可广泛应于风机叶片的翼型设计与三维建模.     

喷水推进收缩流泵导叶的水动力优化设计方法

为解决新型喷水推进收缩流泵因径向尺度小、导叶动负荷大引起的水动力问题,提出一种用于喷水推进收缩流泵导叶水动力设计的三元可控速度矩方法.基于收缩流式叶轮,通过控制过流面积变化优化导叶子午面,实现从泵进口到出口的全收缩.根据可控速度矩原理,针对叶轮出口流场与收缩流式导叶特点给定子午面速度矩分布,完成了导叶片三元可控速度矩设计,建立了收缩流式导叶模型.应用经过试验验证的推进泵数值模拟试验方法进行推进泵内流场与外特性计算分析.结果表明,设计工况点处推进泵模型效率由原设计的87%提升至90%,导叶轴向长度缩短了20%.设计优化效果显著,能够满足工程应用要求,从而解决了水动力问题.     

斜向导叶设计方法研究——直母线法

直母线法认为斜向导叶轴向表面是由轮毂截面到轮缘截面的无数对应直线组成，称这些直线为直母线。以直母线法设计的导叶出口角比等环量法的略太，最大相对偏差为0．28％。本文证明了在直母线控制下，只要轮毂和轮缘翼型有二次光滑性，则中间翼型一定有二次光滑性。以直母线法进行斜向导叶的计算机设计极为简便，本文给出了设计实例。     

仿鸟翼厚度分布特征叶片的贯流风机气动性能研究

为提升空调器用贯流风机的气动性能,降低风机功耗,受鸟类翼型结构启发,研究了仿生翼型设计对贯流风机气动性能的影响。首先分别提取具有优良气动性能的长耳鸮和海鸥翅膀展向40%处截面翼型进行仿生逆向重构,基于鸟翼厚度分布特征进行贯流风机叶片仿生设计,考虑到叶片强度和工艺条件的影响,针对设计的仿生翼型叶片进行了改型设计并应用于贯流风机中。然后采用数值模拟研究了两种仿鸟翼叶片对贯流风机内流场结构及其气动性能的影响。最后针对贯流风机的气动性能进行实验测量,验证仿生叶片设计对提升贯流风机气动性能的有效性。研究结果表明：两种仿鸟翼叶片前缘形态均能有效抑制叶轮外缘分离涡,减少叶道进口侧阻塞;两种叶片对于内圆周进口侧附面层堆积形成的二次流均有改善作用,低转速下前缘厚度变化剧烈的长耳鸮仿生叶轮表现更明显;两种仿鸟翼叶片均能增强偏心涡强度,使叶片做功能力提升,出口流速增大,叶轮效率提升。选取性能较优的长耳鸮仿生叶轮进行实验研究,与原型机相比,不同工况下采用长耳鸮仿生叶轮的整机的加权风量提升29.6 m³·h^-1;相同风量条件下,整机功率降低了3.5%。     

旋转导叶混流式风机及系列产品研究通过鉴定

由我校动力系和武汉鼓风机厂共同承担武汉市科委下达的“旋转导叶混流式风机及系列产品研究”于五月六日在武汉鼓风机厂通过武汉市科委组织的鉴定.旋转导流风机是80年代出现的一种新型风机,它由普通轴流式风机工作轮叶片上增设附加导叶所构成.增设附加导叶的目的在于控制工作轮叶栅由于附面层的发展与分离所引起的尾迹、潜流、二次流等损失,从而改善气动性能,达到提高效率、降低噪音的目的.     

双流道水力透平的性能预测与结构优化

借鉴低比转速混流式水轮机的叶片设计原理与双吸泵的结构型式,设计出一种卧式双流道混流式水力透平机.为了对其结构进行优化,保证性能和最大化水能回收效率,又能最大限度地降低研究成本,对导水部件采用几种不同翼型导叶的方案进行了探讨.研究结果表明:利用传统的头部较厚的导叶不利于水流绕流,在导叶头部处能量损失严重,而添加头部修型的负曲率导叶的水力透平效率最优,且在小流量工况下其水力性能较其他方案好,表明该导叶应用工况范围广,选择该设计要求下水力透平的导叶,缩短了产品设计周期与节约了成本,为将来水力透平机的结构优化和性能预测提供了有益的理论和实际应用参考.     

斜置飞翼翼型气动性能的研究

斜置飞翼是一种具有亚音速和超声速巡航能力的可变后掠角飞机。本文根据斜置飞翼的飞行特点和气动特性,选用了相对弯度、相对厚度等参数不同的两种翼型。通过数值模拟分析,对比两种翼型在不同迎角和雷诺数下的空气动力性能,结果表明翼型2的气动性能优于翼型1。     

斜置飞翼翼型气动性能的研究

斜置飞翼是一种具有亚音速和超声速巡航能力的可变后掠角飞机。本文根据斜置飞翼的飞行特点和气动特性,选用了相对弯度、相对厚度等参数不同的两种翼型。通过数值模拟分析,对比两种翼型在不同迎角和雷诺数下的空气动力性能,结果表明翼型2的气动性能优于翼型1。     

斜置飞翼大型超音速客机气动设计研究

对一架巡航马赫数为1.41的斜置飞翼大型超音速客机进行了气动设计,包括翼型设计以及机翼模型的生成.采用翼型参数化控制方法调整机翼的平面形状、扭转、弯曲和厚度分布,使机翼具有一个近似的椭圆载荷分布和Sears-Haack面积分布.通过研究升力系数和后掠角对斜置飞翼升阻比的影响,得到一个无黏的最佳设计结果.     

后置导叶型喷水推进泵总特性及三维流场

研究了带后置导叶的喷水推进轴流泵的三维流场,采用k-ε湍流模型和SIMPLEC算法对流场进行了数值模拟,分析了叶片表面的压力分布,模拟得到的总性能曲线与实验曲线比较吻合,模拟结果表明,导叶出口面上轴向速度与圆周速度的分布不均匀,与设计目的是一致的。     

用奇点系法设计各种类型水轮机水泵转轮的研究

本文提出一种转轮水力设计的新方法,它不仅适用于各种比转数的混流式水轮机和斜流式水轮机,而且也适用于各种比转速的离心泵和混流泵。该方法是采用分布在转轮叶片假想骨线上的奇点系来代替固体翼型对水流的作用,对所研究之速度场进行分析计算,从而得到被代替之翼型。该方法实质上是解环列翼栅的绕流问题,该方法的特点是能够在设计中有目的地控制及计算出沿翼型表面各点的速度和压力分布,从而可以予先计算出转轮的汽蚀系数和设计出汽蚀性能较好的转轮。本文从环列翼栅的特点出发,推导出一些相应的计算公式。     

导叶头部圆半径对水泵水轮机水力特性的影响

针对水泵水轮机"S"特性,以国内某抽水蓄能电站水泵水轮机模型机为研究对象,改进活动导叶翼型几何结构,基于Realizable k-ε湍流模型,通过数值计算分析改进活动导叶翼型几何结构对水泵水轮机"S"特性的改善及水力性能的影响.结果表明:减小导叶头部圆半径r至r-0.313 mm,对机组"S"特性存在较佳的改善效果,主...     

采用仿鸮翼叶片降低空调用离心风机气动噪声的研究

基于逆向工程设计方法,提取具有优良气动性能和低噪声特性的长耳鸮翅膀展向40%截面位置处的翼型进行仿生重构,并将其应用于窗式空调用离心风机叶片的叶型改进中。采用数值计算方法研究了仿鸮翼翼型叶片4种不同中弧线分布方式的降噪效果,对最优设计风机的气动性能和噪声进行了试验验证。与原型相比,仿生翼型叶片按照单圆弧中弧线分布设计的离心风机降噪效果最好,在风量基本保持不变的同时风机噪声下降了1.3dB。风机内部流动及其噪声特性的数值模拟结果表明:仿鸮翼叶片的应用可减少叶轮流道内的低速分离区域,有效抑制通道内旋涡流的产生和发展,同时减弱叶轮与蜗舌间周期性的非定常相互作用,降低叶片前缘区域和蜗舌区域的压力脉动,从而有效降低空调用离心风机产生的气动噪声。     

采用仿秋沙鸭翼型叶片贯流风机的气动性能数值研究

为提高空调性能,满足产品节能要求,本文基于叶片仿生设计及叶轮交错角改良开展贯流风机的优化研究。首先,通过逆向工程方法提取了秋沙鸭翅膀40%翼展截面处的型线特征,结合产品的工艺要求设计了贯流风机仿生叶片;然后,采用三维数值计算模型对带有仿秋沙鸭翼型叶片的贯流风机内部流场进行了数值模拟,研究了具有不同叶轮交错角的仿秋沙鸭翼型叶轮对贯流风机气动性能的影响;最后,选取气动性能最优的叶轮交错角为5°的仿秋沙鸭翼型叶轮进行加工测试。研究结果表明：三维数值计算结果能够有效地揭示贯流风机内轴向流动特性,叶轮交错角对叶轮中盘附近流场影响显著;采用仿秋沙鸭翼型叶轮能够改善贯流风机叶轮进出口流动状态,增大叶轮偏心涡强度,提升叶轮做功效率。根据实验结果,与原型机相比,采用仿秋沙鸭翼型叶片的贯流风机在相同转速下风量基本不变。在送风工况条件下,功率最大降幅为3.3%;在制冷工况条件下,功率最大降幅为2.7%,噪声最大降幅为0.3 dB。     

水轮机径向式导水机构运动图的数值分析及图形显示

本文用数值分析方法研究了非标准系列径向式导水机构的运动关系,论述了如何由计算机绘制相应的图形.为此,建立了导叶翼型及传动机构的数学模型,选定了合理的数值计算方法,进行了程序设计和调试,从而开发出径向式导水机构运动图的CAD软件.     

多级能量回收水力透平导叶的优化设计

为了提高多级能量回收水力透平的效率,对已有的(DCSGT250-175X9)多级能量回收水力透平模型的流道式导叶进行优化设计.通过对设计的流道式正导叶的压力和速度分布的分析,获悉影响正导叶压力和速度分布的关键因素是其翼型工作面出口段的圆弧半径,由此设计了圆弧半径分别为138、135、134mm的3种方案.通过对这3种正导叶方案的多级能量回收水力透平进行全流道三维湍流的定常数值模拟,分别得到其正导叶的压力和速度分布.经分析、比较可见,正导叶工作面出口段圆弧半径为134mm时的设计方案更符合该多级能量回收水力透平流态和流场分布的要求.据此,再按该透平设计流量要求,优化流道式导叶的外径,并依据数值模拟与性能预测的结果,设计出符合要求且性能较优的多级能量回收水力透平的导叶.导叶优化后的多级能量回收水力透平模型的最高计算效率提高了1.1%,平均效率提高了3.4%.     

旋转导叶风机的理论分析与试验研究

本文应用叶轮机械叶片绕流控制的气动理论与边界层理论提出的旋转导叶风机,使设置在工作轮叶片表面上的附加导叶给边界层内气流增添了动量,改善了沿叶面的流速分布,从而避免了在临界与超临界工况下的边界层分离.对比试验研究表明,和不带导叶的同一台风机相比,这种旋转导叶风机在效率、噪声与工况范围等气动性能方面均有改善.内部流场可视化试验表明,设置于叶尖的导叶明显减少了叶尖间隙的反向流动与二次涡流,使出口流场更为均匀.