径向轮缘密封预旋盘腔流动换热特性数值研究

本文通过SST湍流模型求解RANS方程组,研究了带径向轮缘密封的预旋盘腔流动换热特性,并采用附加变量法研究径向密封的封严特性。比较了不同冷气量,不同进气预旋比下的盘腔内流动系数、转盘表面努塞尔数和封严效率。结果表明:在中分面处,预旋比随进气预旋比的增大而增大,静压系数沿径向线性增大。主流入侵使转盘壁面绝热温度升高,根据流动状态计算得出的Nu较实际略大。进气预旋提高封严效率。     

涡旋压缩机涡旋齿温度分布与变形研究

涡旋压缩机工作过程中涡旋盘的固体温度分布规律,对涡旋齿的受力变形和工作腔内气体的增压过程影响极大;为了得到更为准确的涡旋齿温度分布规律和变形特点,本文建立了涡旋压缩机涡旋齿温度分布模型;研究涡旋齿所接触的气体温度的周期性变化规律,计算任意位置处涡旋齿壁的等效温度;采用气体与涡旋齿壁的对流换热模型,得到涡旋齿壁面温度的分布,以此为热边界条件得到涡旋盘固体温度分布规律;进而研究了涡旋齿在热载荷和压力载荷耦合下的受力和变形规律。结果表明:涡旋齿从中心向外缘其温度逐渐减小,涡旋齿内侧齿壁温度高于外侧齿壁温度。     

基于数值模拟的燃机高压盘腔系统流动特性研究

增加燃气初温是提高燃气轮机效率的主要途径。为了确保充分冷却透平叶片与轮盘,在防止燃气入侵盘腔的同时降低冷气量,需要针对盘腔系统内的流动特性展开研究。高压涡轮盘腔系统含有预旋腔等多个腔室,通过转静封严或旋转孔相互连通。尽管国内外学者针对盘腔系统开展了一系列研究,但大部分以单一腔室为研究对象,很少考虑多个腔室,尤其是预旋腔上下游盘腔对预旋腔内流动特性的影响。因此,本文以某船用燃机高压涡轮盘腔系统为研究对象,采用CFD方法,模拟了盘腔系统内部的流量分配,预测了斜接受孔和平衡孔的通流能力,分析了盘腔内的压力、温度、速度场分布和涡系结构,并分析了燃气入侵现象。本文的研究结果可为研究复杂盘腔系统提供参考。     

船舶侧向进气装置一体化数值研究

不同于以往孤立研究船舶进气装置的研究方法,本文采用三维数值模拟方法结合标准κ-ε模型对侧向进气装置内外流场进行了一体化数值研究。获得了侧向进气装置行驶过程中的气动参数分布以及进气室内部气流分布形态,得出气动损失最大位置,并通过定义总压恢复系数计算了船舶在行驶过程中的阻力分布。     

不同水平开口的腔室火灾温度分布数值模拟

火灾对船舶的危害性很大。通常,被模化成顶部开口腔室火灾的船舶舱室火灾备受学者关注,但顶部开口腔室内火灾温度分布受开口位置的影响规律仍未完全揭示。本文利用FDS对不同开口位置下腔室火灾内的火灾温度分布进行研究,研究结果表明,腔室内不同区域的温度分布规律并不相同,火源中心线处垂直温度分布主要受火源功率影响,而水平开口中心处温度与开口位置(开口与火源水平距离)呈线性相关。     

质子交换膜燃料电池阴极气场设计优化

通过建立质子交换膜燃料电池阴极气场的三维简化模型,研究了不同进气方式、不同进出气总管尺寸对电池堆流量分布的影响,并提出从单电池流道深度的角度优化气场分布的改进方案。结果表明,与单入口进气方式相比,双入口进气方式效果更优;采用2-2型进气方案时流量分布最为均匀,进气功耗最小;增大进气总管的宽度可以使电堆流量分布更加均匀;各单电池合理采用非均匀深度流道可以有效提高电池堆流量分布均匀性。     

圆柱腔低频声场的球谐函数分解及声场再现

针对圆柱腔低频声场的球谐函数分解,提出了基于移动式球形传声器阵列(简称球阵)测量的空间域直接求解法。利用空间域测量数据,在压缩感知(Compressive Sensing,CS)理论框架下通过一次线性方程组求解,获得整体坐标系下的声场展开系数。首先讨论了感知矩阵的列相关性,比较不同球阵形式及球面采样点数目,不同球谐函数截断阶数以及空间测量位置等的影响。随后在飞机舱室模型内利用文中提出的方法求解声场展开系数,再现腔内水平面的声压分布,并与传统球坐标变换方法做比较。实验结果表明,利用空间域直接求解法,通过球面随机挑选10个采样点的刚性球阵在声腔3个位置进行声场测量,不仅能够有效求解声场展开系数,而且声场再现精度更高,同时计算效率也显著提高。      

太阳能腔式吸热器沸腾传热性能研究

腔式吸热器是太阳能塔式热发电系统中光热转换的重要设备,由于其长期在高密度、非均匀辐射热流条件下工作,因此对其性能进行研究具有重要意义。本文对腔式吸热器的整体结构和吸热面进行了设计,采用改进的蒙特卡罗法与对流换热耦合的方法模拟了腔体内部热流密度分布,分析了吸热管束内部汽液两相流的流量、温度、以及管壁表面温度等参数的变化规律,从而对不同位置的换热系数进行预测,比较全面地认识吸热器整体性能。     

离心式叶轮出口及其无叶扩压器内部流场的实验研究

本文采用三孔和五孔探针在三个不同工况下对一高效离心式压缩机三元叶轮出口及其无叶扩器内部流场进行了详细测量和分析,给出了三个不同径向位置上速度场和压力场跨盘、盖的分布曲线。本文测量结果表明即使是高效三元叶轮,其出口气流角跨盘、盖分布仍很不均匀,只有采用三元叶片扩压器才能更好地与叶轮匹配。     

具有径向进出流的转—静盘腔流动与换热的数值研究

本文对具有径向进出流的转－静盘腔结构的流动和传热过程进行了数值计算研究,文中研究了旋转雷诺数和无量纲流动速率对盘腔内流动换热过程的影响。在盘腔的核心区采用标准的κ－ε模型,近壁区采用Ｌａｕｎｄｅｒ－Ｓｈａｒｍａ低雷诺数ｋ－ε模型。与实验结果的对比表明本文的计算方法是合理的,计算结果揭示了该型盘腔结构的流动传热基本特征和规律。     

旋转盘腔流场速度与压力的实验研究

本文描述一个旋转盘腔流场的实验研究。该盘腔由一个旋转盘，一个静止盘及静止的外围屏组成．实验表明在盘腔的两个盘面上都有边界层形成，在边界层中，流体除有切向速度外，还有沿径向的二次流存在。在边界层外的核心区中径向速度为零。一般来说，静盘边界层比转盘边界层向紊流转捩地要早。另外，压力的测量表明，在半径较大的区域中压力分布可由“流体以恒角速度旋转”的假设所得的结果近似。     

轮背空腔-密封气对CAES向心涡轮变工况流动损失的影响

本文以国内首套MW级压缩空气储能(CAES)系统末级向心涡轮为研究对象,通过数值模拟分析了变工况条件下轮背空腔-密封气对等熵效率和流场结构的影响.结果表明:在求解中考虑轮背空腔-密封气结构能够使等熵效率数值解的偏差减小0.7%;随涡轮进口压力增加,轮背空腔泄漏流由叶片吸力面中部叶高区域逐渐向轮毂转移,流动损失先增加后减小;合理降低轮背空腔泄漏气体的轴向速度,能够减弱轮背空腔-密封气结构对等熵效率的负面影响,使向心涡轮在较宽的变工况范围内都保持高效运行.     

径向馈入和轴向馈入对感应加速腔性能的影响

 感应加速腔有径向馈入和轴向馈入两种常用的脉冲功率馈入方式。在理论上分析了不同功率馈入方式对感应加速腔输出电压平顶的影响，并对分析结果进行实验论证。实验采用1B2C结构，用相同的脉冲功率源馈入径向腔和轴向腔，测量此两种加速腔的电压波形。测得轴向腔±1％电压平顶时间为61 ns，径向腔±1％电压平顶时间为62 ns，两种腔都可满足±1%电压平顶大于60 ns的要求。此外对不同功率馈入方式导致的横向阻抗的变化进行了数值模拟，分别计算了采用这两种馈入方式的加速腔模型的横向阻抗，发现轴向加速腔的横向阻抗较小。     

基于势流理论的回转体并联入水双空泡演化动力学研究

两回转体并联入水过程中,双空泡在空间上相互干扰,使得单个入水空泡呈现非对称特性.本文基于势流理论,在现有二维轴对称入水空泡计算模型的基础上,对空泡干涉区域的三维流动进行简化,将相对流动对空泡发展的约束简化为约束势,分析了两回转体轴线内外两侧的空泡形态变化;基于非线性假设,引入影响函数,给出了空泡在三维空间演化的计算模型,并分析了同步并联入水过程空泡的三维演化特性.结果表明：回转体入水过程流场速度势可以看作由一个随回转体运动的点源和位于空泡轴线处的线源叠加产生;在并联入水过程中,双空泡演化在空间呈镜面对称,空泡间的相互扰动可以通过引入有势壁面进行分析;并联入水空泡半径随极角的变化与空泡截面所处深度有关,在靠近闭合点附近的抑制演化区空泡截面半径随极角的增大而逐渐减小,远离闭合点处的抑制演化区空泡截面半径随极角的增大而增大,空泡加权半径规律相反.     

Visualization of the inflow ahead of a rotating propeller attached to a container ship model

The inflow ahead of a rotating propeller attached to a container ship model was visualized using a two-frame particle image velocimetry (PIV) technique. For illuminating the inflow region, a transparent window was installed at the stern of the ship model. Ensemble-averaged mean velocity fields were measured at four different blade phases under the design loading condition. The characteristics of the inflow in the upper plane above the propeller axis are quite different from those below the propeller axis. In the far upstream region above the propeller axis, most of the inflow comes from the hull wake and the axial velocity is very small. As the inflow moves toward the propeller plane, its axial velocity component increases rapidly. In addition, the variation of the inflow characteristics with respect to phase angle becomes apparent. The thick hull boundary layer and out-of-plane motion resulting from the propeller rotation produce a large turbulent kinetic energy around the tip of the propeller blade in the upper inflow region. The axial velocity distribution of the propeller inflow is asymmetric with respect to the vertical center axis, exhibiting different axial velocities on the port and starboard sides.     

Passive noise control by enhancing aeroacoustic interference due to structural discontinuities in close proximity

In-duct devices are commonly installed in flow ducts for various flow management purposes. The structural construction of these devices indispensably creates disruption to smooth flow through duct passages so they exist as structural discontinuities in duct flow. The presence of these discontinuities provides additional possibility of noise generation. In real practice, in-duct devices do not exist alone in any duct system. Even though each in-duct device would generate its own noise, it might be possible that these devices could be properly arranged so as to strengthen the interference between individual noise; thus giving rise to an overall reduction of noise radiation in the in-duct far field. This concept of passive noise control is investigated by considering different configurations of two structural discontinuities of simple form (i.e., a cavity) in tandem in an unconfined flow and in opposing setting within a flow duct. It is known that noise generated by a cavity in unconfined domain (unconfined cavity) is strongly dependent on flow-resonant behavior within the cavity so the interference it produces is merely aeroacoustic. The objective of the present study is to verify the concept of passive noise reduction through enhancement of aeroacoustic interference due to two cavities by considering laminar flow only. A two-dimensional approach is adopted for the direct aeroacoustic calculations using a direct numerical simulation (DNS) technique. The position and geometries of the cavities and the Mach number are varied; the resultant aeroacoustic behavior and acoustic power are calculated. The numerical results are compared with a single cavity case to highlight the effect of introducing additional cavities to the aeroacoustic problem. Resonant flow oscillations occur when two unconfined cavities are very close and the associated acoustic field is very intense with no noise reduction possible. However, for duct aeroacoustics, it is found that a 7.9 db reduction of acoustic power in the downstream side of the duct or a total reduction of ∼6 db is possible with opposing cavities having an offset of half a cavity length. In addition, the reduction is shown to be free from lock-on with trapped modes of the ducts with cavities.     

混流叶轮S2流面的展向掺混模型与应用

本文在S2流面流动方程中加入了"展向掺混"模型,模拟叶栅端部二次流动、湍流扩散等对局部低动量流体的展向输运效应。方法用于混流叶轮内流动分析,结果表明:由于混流叶轮子午流道的大曲率,叶轮端部的低动量流体在展向的扩散远大于轴流叶栅,叶轮出口的展向均匀化趋势更加明显。合理的选择掺混扩散系数,可以获得与三维N-S计算的周向平均值类似的子午面分布,从而提高了S2流面分析和设计的可靠性。     

内孔缝位置对嵌套腔体微波耦合特性的影响

 利用时域有限差分（FDTD）方法计算了不同内孔缝位置情况下微波脉冲与带缝嵌套圆柱形腔体系统的耦合过程；分别分析了内孔缝位置对外部带缝腔体和内部带缝腔体耦合特性的影响。结果表明:除了内孔缝附近区域以外，内孔缝位置对外腔耦合特性的影响很小，可以忽略不计；但内孔缝位置对内腔耦合特性的影响较大，而且内腔的屏蔽性能由外腔内的耦合场分布以及内孔缝的位置共同决定。     

轴流压缩机叶栅内固体微粒沉积的数值研究

本文针对轴流压缩机叶栅内固体微粒沉积的问题,采用计算流体动力学(CFD)软件对压缩机叶栅内的气固两相流动进行了模拟。文中首先采用不同的湍流模型和不同的壁面处理方法计算了垂直圆管内固体微粒的沉积,并与实验数据进行了对比。在此基础上,研究了轴流压缩机叶栅内不同直径粒子在叶片压力面和吸力面的沉积规律;且研究了不同工况对粒子沉积的影响。     

Flow-excited resonances in covered cavities

The results are presented of an investigation of flow-excited acoustic resonance in covered cavities. It is shown that energy is drawn from the mean flow entering a cavity and fed into the acoustic wavefield as a result of impingement of the inflowing jet against a solid boundary. Whether the oscillating wavefield consists of waves running transverse or longitudinal to the inflowing jet strongly depends upon whether the inflow is wall bounded on one side or free. It is also shown that if the exit duct has the characteristics of a diffuser it, too, can have an active influence on the resonance cycle. The conclusions reached are based upon fluctuating pressure measurements and visualization of the flow in a series of two-dimensional and axisymmetric cavity configurations.