内外涵波瓣宽度比对波瓣强迫混合排气系统性能影响

建立了不同内外涵波瓣宽度比的某涡扇发动机波瓣混合排气系统的几何模型和数值计算模型,并对其进行三维数值模拟研究,得到了在波瓣强迫混合排气中不同内外涵波瓣宽度比对波瓣混合器流场、热混合效率,总压恢复系数和推力系数的影响规律。结果表明：在混合器出口处,当内外涵波瓣宽度比在0.272至1.068范围内变化时,热混合效率随内外涵波瓣宽度比的增加而增加,总压恢复系数随内外涵波瓣宽度比的增大而减少,推理系数随内外涵波瓣宽度比的增加而增加。     

喷口修形对二元喷管红外特征影响的数值研究

为降低排气系统的红外特征,以轴对称喷管为基准,设计了一种出口宽高比为4∶1的二元喷管;并对二元喷管出口型面进行不同尾缘修形。在商业软件中计算了二元喷管的温度场、速度场、压力场和组分浓度场的分布,采用自主开发的红外软件NUAA-IRSE,用反向蒙特卡罗法计算各喷管的红外辐射特征;并与基准轴对称喷管的计算结果进行对比。计算结果表明:二元喷管及对其尾缘修形后,遮挡了部分排气系统内部的高温部件,强化了尾喷流的掺混,在大部分探测方向上抑制了排气系统的红外特征;在喷管推力系数下降小于2%前提下,尾喷流红外最大降低36%,高温壁面红外最大降低28%。     

波瓣混合器内扩张角对一体化加力燃烧室性能的影响

通过开源场运算和OpenFOAM中二次开发的数值计算程序对某型一体化加力燃烧室进行了数值仿真研究,并基于仿真结果定量分析了波瓣混合器内扩张角对加力燃烧室气动热力性能的影响。结果表明:随着内扩张角的增大,强化了加力燃烧室中流体的混合效果,但同时也导致了较大的总压能损失。在加力燃烧室出口处,相对于基准环形混合器模型,内扩张角25°模型对应的热混合效率提升了16.2%、总压恢复系数相对下降了0.88%。当内扩张角逐渐增加时,缩小了不考虑与考虑辐射换热时热混合效率的差值,即减弱了辐射换热强化热掺混的效果。     

航空发动机排气引射器推力性能研究

根据发动机排气引射器流场的特征，建立了引射器内流场和排气系统外流流场的一体化三维数值模拟计算模型,得到了整个流场的基本参数;对引射器出口截面流场进行了理论分析，采用某型发动机引射器的尾流流场实验数据对模型进行了实验验证,理论分析和实验验证结果表明模型建立准确可靠。最后采用微元法,结合得到的流场参数计算了使用不同引射器时发动机的推力大小,并给出了各波瓣引射器相对于引射器1的推力损失情况。     

波瓣混合器混合流场中涡结构的数值研究

以FLUENT程序为研究平台,分别采用标准k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε、SST k-ω以及S-A五种湍流模型,对航空发动机混合排气系统中常用的波瓣混合器的流场,进行了三维数值模拟。与实验测量数据对比可知,所采用的计算方法能够较好地描述波瓣混合器复杂流场中流向涡、正交涡形状以及涡量沿流动方向的变化规律。在各种湍流模型中,Realizable k-ε在流向涡以及正交涡涡量大小的描述方面较其他模型更为精确。     

离心叶片进出口几何形状对气动性能影响研究

为研究叶片进出口几何形状对离心叶轮内部流场及气动性能影响,以某离心叶轮为研究对象,对叶片进出口前、尾缘分别进行不同尺寸修圆处理,采用SST k-ω湍流模型与High Resolution数值方法进行周期性单流道数值模拟,研究了叶片不同尺寸进出口前、尾缘修圆产生的几何形状对离心叶轮内部流场分布和气动性能的影响。研究结果表明：叶片进口前缘平凸形修圆能够增加离心叶轮总压比和多变效率,减少气流在进口前缘局部流动分离损失;平凸形修圆尺寸越小,多变效率和总压比增加越明显,在设计工况点二者最大增加约1%;叶片尾缘压力面修圆能够增加离心叶轮的多变效率,但降低了离心叶轮的总压比,而尾缘吸力面修圆能达到同时增加离心叶轮多变效率和总压比的目的,使得设计工况下多变效率最大增加约1%,总压比最大增加约5%,且减少了气体流出叶轮时的尾迹损失。对叶片前缘小尺寸平凸形修圆和尾缘吸力面的大尺寸修圆,不仅能减少叶片进出口局部流动损失,而且能使设计工况点多变效率增加约1.5%,总压比增加约7%,从而提高离心叶轮的做功能力,为离心叶片设计优化和高效加工制造提供了参考。     

船用燃气轮机红外抑制器的实验研究

采用可调节高度的支架,针对船用燃气轮机红外抑制器的喷管与混合管间距对抑制器引射性能的影响进行了热态实验.同时,实验了不同收缩比的喷管对其引射性能的影响,测量了抑制器出口截面直径方向上的压力和温度分布以及主流入口静压.结果表明:热态情况下喷管和混合管间距与混合管直径的比值a/D=0.875左右时,抑制器出口中心区排气温度最低.减小波瓣喷管出口与入口截面积比值（收缩比）Aout/Ain,有利于降低抑制器排气温度,但也将增大抑制器的阻力.     

火焰稳定器外环修形对发动机排气系统雷达散射特性的影响

为了缩减航空发动机排气系统的雷达散射截面(radar cross section, RCS)设计了两种火焰稳定器外环修形结构,利用高频计算方法弹跳射线法获取了火焰稳定器外环修形对发动机排气系统在X波段10 GHz频点下雷达散射特性的影响。结果表明：(1)修形结构改变了照射在火焰稳定器外环的雷达波的散射方向,降低了火焰稳定器外环的热点强度,消除了火焰稳定器外环的角反射器特征。(2)在水平探测面-26°～-16°与16°～26°范围内,火焰稳定器外环修形对排气系统的RCS具有明显的缩减效果,减小修形角度,会提升对排气系统RCS的缩减效果。(3)随着俯仰角的增加,火焰稳定器外环修形对发动机排气系统的RCS缩减效果有所提升,对排气系统水平极化与垂直极化RCS均值的缩减效果最大可达27.5%与37.4%。     

反向蒙特卡罗法模拟波瓣喷管的红外辐射特性

为了考察波瓣喷管/混合器系统及其燃气的红外辐射特性,建立了反向蒙特卡罗法,推导了辐强度等计算公式;在已有三维流场的基础上,数值模拟了波瓣喷管尾喷焰及相关结构的红外特性.燃气的辐射特性由HITRAN数据库获得.与标准蒙特卡罗法结果比较表明,模型和计算程序可信.研究方法和结果可为波瓣喷管的红外抑制提供分析工具和参考.     

加力火焰稳定器对发动机尾流场影响的数值研究

以某涡扇发动机为例建立低压涡轮后发动机部件的几何模型,利用数值模拟的方法对带火焰稳定器和不带火焰稳定器的两种流场模型进行研究。分析计算结果可知：当发动机处于”中间”状态时,两种模型的喷管都处于过度膨胀状态,带火焰稳定器的模型总压损失1.3%,推力减小1.45%;火焰稳定器改善了内流场的温度均匀度,同时也使局部的速度均匀度变差,但喷管出口附近基本一致;火焰稳定器影响掺混效果的主要原因是其增大了内流场中涡的强度及其影响范围。     

环形混合器混合排气系统气动形面的优化设计

以B样条曲线为基础、采用计算流体力学方法,并结合改进的粒子群优化算法,提出了一套环形混合排气系统喷管型线与环形混合器径向位置的一体化优化设计方法,并采用该方法对某型使用中的环形混合器混合排气系统进行了优化设计.优化结果表明,较之原始模型,优化后的环形混合器混合排气系统在流量分配方面与设计值更为接近,涵道比的误差为2.8%.气动性能方面,设计条件下,优化模型推力为原始模型的1.061倍,总压恢复系数则提升至0.995;在非设计条件下,优化模型的总压恢复系数较原始模型提高了0.7%和0.4%,推力较原始模型提高了1.2%和2.7%.     

气固混合流对集输管道弯管的冲蚀模拟

针对含砂天然气对长输管道弯头处的冲蚀现象,以90°弯管为例,运用单向耦合冲蚀模型及控制变量法分析颗粒质量流率、流体进口流速、颗粒粒径及重力场对弯管的冲蚀作用,结果表明：在非重力场中,弯管的冲蚀区域主要集中在拐角大弧面区,且呈椭圆形分布;随颗粒质量流率的增加,最大冲蚀速率拟合曲线呈线性正相关;随流体进口流速的增加,最大冲蚀速率拟合曲线呈非线性指数相关,指数系数为0.305 8;随颗粒粒径的增加,最大冲蚀速率呈先减小后增大再减小的变化趋势;相同条件下,在重力场中弯管的冲蚀集中区域与非重力场相同,但最大冲蚀速率明显增大,且冲蚀区域发生变化;当重力为沿出口法向正向时,冲蚀区域由椭圆形变为圆形,并伴有二次冲蚀集中现象,当重力为沿出口法向反向时,冲蚀区域由椭圆形变为三角锥形。     

搅拌机低效区及其消除方法

为消除混凝土搅拌机存在的搅拌低效区缺陷,根据搅拌机的结构特点和工作原理,分析了低效区产生的原因和危害;通过对振动搅拌法、工作装置参数优化法和双排搅拌叶片结构法的理论分析和试验研究,分析了不同的低效区消除方法对混凝土搅拌质量和效率的影响.结果表明：搅拌低效区是圆筒形强制式搅拌机结构的固有缺陷;搅拌装置工作时存在的速度梯度是低效区产生的根本原因;消除低效区可显著提高搅拌设备的作业质量和效率.     

带有热管热回收装置的燃气热水器系统性能实验研究

设计了一种加装于常规燃气热水器尾部烟道的冷凝式热管换热器,通过实验测试分析了热负荷和进水流量对该换热器蒸发段显热、潜热回收量以及燃气热水器热效率的影响。实验结果表明,燃气热水器热负荷对热管换热器热回收量有重要影响,随着热负荷从0.51 m3/h增加至0.59 m3/h,显热和潜热的回收量分别从2 671 kJ/h增加至3 283 kJ/h、735 kJ/h增加至1 126 kJ/h,燃气热水器的平均热效率能够达到94%,按燃气低位热值计算,最高热效率可达到101%。     

Structure and Flow Characteristics of Flat Fan Nozzles with a Single Orifice Formed by a Rectangular Cut

The flat fan nozzle with a single orifice formed by a rectangular cut at the nozzle exit through a semi-ellipsoid blind end was developed. The flow rate characteristic of the nozzle was analyzed. Theoretical analysis shows that the discharge coefficient of the nozzle is a function of the ratio of the projected exit flow area to the cross sectional area of the nozzle input section. Water spraying experiment results show that the discharge coefficient increases with the increase of the ratio of the projected exit flow area to the cross sectional area of the nozzle input section when the rectangular cut depth doesn＇t exceed the distance from the center of the hemisphere to the nozzle end; conversely,the discharge coefficient decreases with the increase of the ratio; for a given nozzle,the discharge coefficient varies with Reynolds number.     

叶栅反推器出口安装角、压比对反推性能的影响

航空发动机叶栅反推器叶型参数与反推效率、流量系数之间的规律对于反推装置的设计具有重要意义。本文建立了外涵叶栅反推器的轴对称计算模型,给出了内涵计算域的有效处理方法,利用数值模拟手段研究了叶片出口安装角、外涵入口压比的变化对反推效率、流量系数等的影响规律,并将计算结果与可能得到的试验结果的数据点进行了比较。结果表明,计算结果与实验结果吻合;出口安装角在30?50?这个范围内时,随着出口安装角的增大,反推效率明显上升,继续增大出口安装角至60?,反推效率变化趋于平缓,甚至有所下降,在50?时反推效率达到最大值;随着出口安装角的增大,流量系数基本不变,超过某一临界值后急剧下降。对40?50?这些中等大小的叶片出口安装角,压比对反推效率的影响不大,叶片出口安装角超出该范围,压比对反推效率的影响较大;当出口安装角较小时,随压比增大,流量系数缓慢增大,当出口安装角较大时,流量系数随压比变化不大。     

基于CFD双P型辐射管扁形度的影响特性

为改善辐射管热效率,本文设计了一个扁双P型辐射管,选取辐射管中心管截面长半轴A与短半轴B的比例为1.0、1.1、1.2、1.3和1.4五种扁形度,借助于FLUENT软件就扁形度对辐射管传热性能的影响进行研究.结果表明：在保持双P型辐射管换热表面积不变的情况下,随着双P型辐射管扁形度的增加,辐射管对带钢的辐射角系数增大,辐射管对炉内辐射换热量增加,辐射管热效率升高;但是,随着双P型辐射管扁形度的增加,辐射管表面温差逐渐增大,扁形度达到1.3后,表面温度不均匀系数显著增加.综合考虑辐射管的表面温差和辐射热效率,扁形度为1.2的扁双P型辐射管性能较优,与扁形度为1.0时(即辐射管未被压扁的时候)相比,表面温度均匀性几乎不变,而辐射管热效率提高约1%.     

基于正交设计法的潜水泵空间导叶水力优化

运用正交设计法,对井用潜水泵空间导叶进行优化设计,选取潜水泵空间导叶的进口宽度、导叶叶片轴向长度及导叶叶片出口边与导叶场域出口轴向距离,以扬程、效率及轴功率作为评价指标,基于正交设计法设计了9组方案.通过数值计算及极差分析结果表明:导叶叶片轴向长度对潜水泵扬程和轴功率影响显著,导叶进口宽度对潜水泵效率变化较为敏感,保证一定的导叶叶片与导叶场域出口距离能改善潜水泵性能.基于多目标优化设计,可以确定本次研究的最佳方案组合为空间导叶进口宽度25 mm、导叶叶片轴向长度101 mm及导叶叶片出口边与导叶场域出口轴向距离20 mm.通过分析前三级叶轮效率、导叶出口静压及流线分布图看出,优异的空间导叶设计使导叶内部流体状态较好,保证叶轮效率维持较高水平,同时泵内流体保持较好的流动稳定性.