水轮机固定导叶与活动导叶的相互影响

本文通过对在专门研制的环盘式双列叶栅实验装置上所进行的固定导叶与活动导叶实验的分析,认为水轮机的固定导叶与活动导叶圆周方向的相互位置对导叶区域水流的特性和水力损失影响较大,指出了对称型和正曲率型活动导叶与固定导叶的最佳相对安放位置和流场的不同特性;建立了水轮机设计时确定固定导叶与活动导叶相对安放位置的经验公式;并分析了高水头低比转速水轮机导叶汽蚀破坏的主要水力原因。     

整体涡轮导叶的冷效数值研究

采用数值模拟的方法,对整体涡轮导叶的流动换热特性进行了气热耦合研究,并引入抑涡孔结构进行对比分析。研究结果表明:叶片表面温度分布规律总体上是前缘高于尾缘,叶背高于叶盆。随着冲击距的变小,冲击驻点对流换热系数逐渐增大;新型抑涡气膜孔在真实叶片上有比圆柱孔更高的冷却效率,并且叶盆上使用的冷却效率更高。     

导叶通道当量预旋半径对离心压缩机性能的影响

为探索如何提高离心压缩机在使用可调进口导叶进行调节时的变工况性能进行了研究.通过对进口导叶预旋及其影响因素之间的关系的定性分析,定义了当量预旋半径的概念,并提出了通过增加导叶通道的当量预旋半径来提高进口导叶的流动效率,从而提高离心压缩机变工况性能的思路.为TR400单级双支撑式离心压缩机设计了几种导叶通道改进方案,并针对各改进方案使用NUMECA软件对整个压缩机内部流场进行了三维数值模拟.结果显示:在导叶翼型和轮廓基本不变的前提下,效果最显著的改进方案能使压缩机效率提高0.6%～2.1%,并在正负预旋情况下都能取得改进效果;导叶角度越大,改进效果越明显.     

长短叶导风轮对增压器性能的改善

通过计算分析，探讨了长短叶片对压气机流道性能的各种影响，并阐述了设计长 短叶导风轮应考虑的主要因素．经过计算求解的长短叶流道中的速度分布可以为检验 长短叶导风轮性能提供科学依据。试验证明，在一定条件下，设计合理的长短叶导风 轮可使高压比增压器的压气枫效牢及压比得以提高，稳定工作流量范围有所扩大。     

动静叶干涉中背压扰动叶栅气动力的降阶模型

现有航空发动机气动力降阶模型的研究主要集中在叶片颤振方向,对动静叶干涉引起叶栅气动力变化的问题没有讨论。其中背压扰动是动静叶干涉影响上游叶栅气动力的重要因素。通过对背压扰动的傅里叶分解,分别计算分解背压扰动所得各谐波引起的叶栅气动力响应,由此建立了基于谐波平衡法的背压扰动叶栅气动力降阶模型。在此基础上,研究了各谐波幅值对气动力降阶模型精度的影响。算例的结果表明:提出的方法能非常好地描述动静叶干涉中背压对上游叶栅气动力的影响;根据幅值大小选择主谐波,可以在不大幅降低气动力降阶模型精度的情况下减少待定参数的个数;利用该方法可准确确定任意时刻动静叶干涉中背压扰动叶栅的气动力。     

含沙水流水轮机两列导叶相对位置对活动导叶磨损的影响

为减轻含沙水流对水轮机活动导叶的磨蚀破坏,以比转速为150的混流式水轮机水力模型A227-46为研究对象,在分析导叶磨蚀机理的基础上,对水轮机两列导叶相对位置对活动导叶磨蚀的影响.采用CFD商用软件在含沙水流条件下分别对不同活动导叶与固定导叶相对位置的流场分布进行数值模拟计算,获得沿翼型弦长方向在导叶内外侧各选取的6个点上的压力,并换算为压力系数绘制出各布置方案的压力系数沿翼型弦长的变化曲线,得到压力分布变化规律.通过对比找出含沙水流条件下水轮机活动导叶与固定导叶周向偏置较好的相对安放位置角φsg为8°;同时,若减小两者的径向相对位置,即合理地增大活动导叶分度圆的直径,可使活动导叶区的流速下降,从而减轻泥沙磨损与空蚀破坏程度;同时,也改善了转轮的入流条件,有利于水轮机性能指标的提高.     

存在热斑旋流时变几何导叶弯曲对涡轮级气热特性的影响

针对变几何涡轮导叶端区复杂二次流动和传热问题,采用数值模拟方法对某型燃气轮机高低压两级涡轮进行了三维计算,分析了存在进口热斑旋流时,变几何导叶弯曲对高压涡轮级端区流动及传热特性的影响。结果表明:静叶正弯引起气流的径向流动,从而有效抑制了泄漏涡的形成,降低了静叶端壁载荷及端区二次流强度,有效削弱了变几何导叶带来的端区附加损失,且随着正弯角度的增加效果愈明显;静叶正弯抑制了热斑高温核心的径向扩散,但在旋流的带动作用下使得静叶端区温度增加;相比于静叶,动叶叶顶的平均温度和平均传热系数受旋流方向的影响更大,且反向旋流始终大于正向旋流。变几何导叶的大角度正弯设计虽然增加了静叶端区的平均温度,但有效降低了静叶端区的传热系数和动叶叶顶平均温度,降低了端区热负荷。     

三维叶盘失谐模态分析的摄动降阶方法

针对失谐叶盘结构振动局部化引起的叶盘高周疲劳会对叶片安全性产生不利影响,真实叶盘结构的细节较多、网格划分后的节点数目庞大、模态计算的效率较低等问题,提出了一种摄动降阶方法。将叶盘刚度阵和质量阵分为谐调部分与失谐部分,利用固定界面模态综合法中的坐标降阶转换关系,将已知的原始结构中的失谐部分转换为降阶结构中对应的改变量。通过摄动方法,循环利用谐调模态信息,将失谐叶盘模态的求解转化为失谐矩阵与谐调矩阵的乘积形式,快速计算对应失谐分布下的叶盘固有频率与振型。对Rotor#67压气机叶盘进行计算,结果表明:相对于完整求解方法,摄动降阶算法的频率计算误差低于0.3%,模态位移计算误差小于0.25%;摄动降阶法的模态计算时间最高为常规降阶法的30%,说明在满足工程计算精度的要求下,所提方法能大幅提高失谐叶盘模态的计算效率。     

主流湍流度对涡轮导叶压力面扩张型气膜孔冷却特性的影响

为了研究主流湍流度对涡轮导叶压力面扩张型气膜孔冷却特性的影响,在高亚声速风洞中进行了实验,通过热电偶测得了气膜孔排下游的气膜冷却效率和换热系数,叶栅进口雷诺数的范围为3.0×105～9.0×105,出口马赫数为0.8。两排单排扩张型气膜孔分别位于压力面25%和70%的相对弧长处,高低湍流度分别为14.7%和1.3%。实验结果表明:对于孔排1,随着吹风比的增大,气膜冷却效率在低湍流度时呈现先增后减的特征,而在高湍流度时单调提升;在相同吹风比时,主流湍流度升高增强了主流和冷气的掺混,加快了冷气的耗散从而降低了气膜冷却效率。对于孔排2,主流湍流度升高在小吹风比时使气膜冷却效率降低,而在大吹风比时抑制了冷气脱离壁面从而提高了气膜冷却效率。吹风比增大显著增强了孔排1下游的换热,而对孔排2影响较小;主流湍流度升高显著提高了孔排1和孔排2下游的换热系数比。整体来看,主流湍流度升高降低了孔排1和孔排2下游的气膜冷却效果。     

导叶叶片数对气液混输泵性能的影响

以自主研制的第三代YQH-100气液混输泵为研究对象,利用Fluent流场模拟软件进行数值模拟.通过对叶片式气液混输泵不同导叶叶片数及不同含气率时的流场进行数值模拟,得出混输泵叶轮、导叶压力场及速度分布,进而得到不同工况下整机效率及相对扬程曲线.经分析在不同含气率下,各导叶叶片数的效率及相对扬程均随着含气率的增大而降低;在相同含气率下,导叶叶片数为13时整机效率明显高于其他2种情况的整机效率,相对扬程也是在导叶叶片数为13时最大,且9叶片数情况要稍好于15叶片数情况.由此表明选用导叶叶片数为13时可以提高气液混输泵的整机性能.     

基于CFD的潜液式液化天然气泵导叶设计

潜液式液化天然气(liquefied natural gas, LNG)泵工作时, 屏蔽电机和泵体全部浸没在低温液体中. 为减小泵的径向和轴向尺寸, 潜液式LNG泵采用了一种特殊结构的导叶. 在分析潜液式LNG泵导叶结构特点的基础上, 研究导叶进口喉部宽度和折转角对泵设计工况水力性能的影响. 首先, 设计不同几何参数的导叶, 并分别与同一叶轮进行匹配; 再通过ANSYS CFX软件, 采用标准k-ε湍流模型对各导叶分别进行全流场数值计算. 计算结果表明: 进口喉部宽度是潜液式LNG泵导叶的关键尺寸, 设计时需重点考虑; 进口喉部宽度存在最优值, 且最优值大于经验值; 进口折转角对泵扬程和效率影响较小. 因此, 设计导叶时可优先确定其他关键尺寸, 再通过调节进口折转角改善导叶的结构.     

基于CFD的水轮机导叶翼型数值模拟及分析

基于RNGk-ε湍流模型和三维雷诺时均N-S方程,采用SIMPLEC算法对一个高水头、低比转速混流式水轮机进行全流道三维定常湍流计算,分析活动导叶翼型对水轮机性能的影响.数值计算结果表明,采用对称型和负曲度活动导叶可减少高水头低比转速水轮机导水机构中的漩涡、撞击和叶道涡,可使转轮的效率和出力增加,叶片背面的汽蚀得到改善.     

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.     

新型导流叶片式高浓锥形除渣器内部浆料流场研究

为提高除渣器对造纸过程中产生的高浓重杂的去除效率,将导流叶片应用到造纸用高浓重杂除渣器结构改进上,并用ICEM软件对其模型划分混合结构网格,通过Fluent软件对其内部3%质量分数纸浆悬浮液进行数值模拟,同时分析其内部浆料运行轨迹、压力和速度分布特征。结果表明:导流叶片式锥形除渣器内部流场具有对称性,浆渣分离更加平稳; 浆料流场由除渣器内壁附近的外旋流和中心区域的内旋流组成; 在进浆速度4 m/s时,良浆出口流量为4.424 kg/s,尾渣出口流量为1.083 kg/s,纤维收集效率为80.54%,比传统除渣器提高了约10%; 同时新型除渣器内部浆料流速更快,克服了传统除渣器短路流对除渣效率的影响,除渣效率提高3%以上。     

基于多元回归分析的瓦斯灾害预测

为了解决瓦斯灾害给煤矿带来的安全生产问题。以多元线性回归方法为基础,通过对铁法大刑矿4_(-2)煤层含煤岩系的沉积环境,岩性组合特征,煤层顶、底板岩性及其隔气、透气性能、煤的变质程度、区域地质构造、水文地质条件、火成岩的侵入与覆盖作用、以及煤层埋藏深度影响因素进行分析,对未采区煤层瓦斯涌出量进行预测。研究结果表明,矿井开采煤层瓦斯突出危险区域主要为煤层瓦斯含量较大的地质构造与火成岩体破坏相组合的块段。该成果对大兴矿的安全生产具有重要的现实意义。     

基于ANSYS对双作用叶片泵转子的模态分析

以PVR系列叶片泵转子为研究对象,利用Pro/E三维软件和ANSYS有限元软件建立了转子的实体模型和有限元模型,经分析获得了转子的固有频率和各阶振型,为故障的诊断及后续的动力学分析提供了基础.     

水电仿真中导叶开度模型的分析与改进

水电仿真系统中关键的模型是水机调速器模型,基于仿真的目的,对混流式水轮发电机的关键数学模型进行了改进.针对水电仿真系统中调速器开机和关机过程中过速和不稳定问题,采用回归分析的方法,建立多项式回归模型,分段解析拟和推导出了水机调速器导叶开度的开机和关机数学模型,该方法简单、精确度高,即使输入为任意规律也可求解.上述方法经可靠性分析和测试,结果表明它在能保证仿真系统的真实性、可靠性和实用性的前提下,能以最简单、最直接的方式解决最复杂的问题,而且效果很好.吉林丰满水电站计算机仿真系统的应用实践,也验证了该方法.