多翼风机新型斜蜗壳和常规直蜗壳的对比研究

本文采用Navier-Stokes方程和K-ε两方程模型对多翼风机分别采用新型斜蜗壳和常规直蜗壳的内流特性进行了三维数值模拟和实验研究。新型斜蜗壳的蜗舌间隙沿轴向从底盘到进风口由6％变化到4％,同时间隙位置沿圆周方向偏移15°。计算结果表明采用新型斜蜗壳可以改善多翼风机蜗舌间隙内的压力和速度分布,消除近底盘区域的出口旋涡。实验结果表明,采用新型斜蜗壳可以提高多翼风机的压力,降低叶片通过频率噪音并能改善音质。     

贯流风机变斜式叶轮和常规直叶轮的对比研究

本文对贯流风机变斜式叶轮和常规直叶轮进行了三维数值模拟和实验研究。结果表明贯流风机内部偏心涡的位置沿轴向具有明显的三维分布特征,两者偏心涡的圆周位置沿轴向不断变化,而直叶轮偏心涡的径向位置沿轴向的分布几乎没有变化。变斜式叶轮中偏心涡的位置更加靠近叶轮内圆周和风机的蜗舌。采用变斜式叶轮可以降低叶片通过频率噪声并改善音质。为验证本计算方法的可靠性,计算的流量和压力特性曲线和实验结果进行了比较,吻合良好。     

斜蜗舌对贯流风机内流的影响及降噪机制研究

本文提出采用一种新型的不等距蜗舌(这里统称为斜蜗舌)在提高风机的外特性性能的同时,相对降低噪声.通过试验与数值模拟,比较直叶片式,斜叶片式贯流风机分别用直蜗舌和斜蜗舌时内流、外特性及噪声频谱.采用三维Navier-Stokes方程和κ-ε两方程湍流模型对内部流场进行数值分析,发现与采用常规蜗舌的贯流风机不同的是斜蜗舌贯流风机偏心涡位置随着蜗舌间隙的变化而发生改变.本文旨在探讨斜蜗舌对贯流风机内流的影响及降噪的机制.     

离心泵压力脉动的数值模拟及敏感性分析

针对离心泵内部非定常压力脉动特性,采用滑移网格技术和大涡模拟方法对离心泵内部非定常流动进行了数值模拟,获得了壳体内表面各测点的压力脉动频谱特性曲线。分析了蜗舌附近边界层网格尺度、采样时间和采样频率对蜗壳内壁面各测点压力脉动频谱特性的影响关系。结果表明:蜗舌附近测点压力脉动最大,叶频是压力脉动的主导频率;边界层网格尺度对蜗舌附近测点的压力脉动振幅影响较大,对远离蜗舌区域各测点的压力脉动振幅影响较小;采样时间和采样频率对于离心泵内压力脉动的频域特性有一定的影响作用。     

使用多孔蜗舌的贯流风机

将贯流风机的蜗舌替代为多孔板与容腔组合的结构,定性地研究其控制气动噪声的可行性。通过对气动特性和辐射声信号的实验测量,结合内部流场的非稳态雷诺平均数值模拟,分析了这种蜗舌改造对贯流风机的整体特性和内部流动特征的影响,结果表明多孔蜗舌对贯流风机的压力-流量曲线作用并不明显,但对风机的噪声有着重要的影响,改变蜗舌迎风面的穿孔率可以有效地控制贯流风机的噪声。     

分体空调室内机的双流体数值模拟

本文采用Navier-Stokes方程和标准k-ε两方程,对分体空调室内机(包括换热器和横流风机)整体系统,以水蒸汽和干空气两种气体为介质,进行了等温流动和实际工况流动的双流体三维数值模拟和研究.两种气体在叶轮的进口面上不均匀分布,叶轮轴向的压强和速度分布存在强度和位置的差异.采用密度干扰方法对水蒸汽的凝结参数近似处理,给出了水蒸汽体积分数和湍流强度在换热器域的分布、混合物温度分布等内流特性.与实验结果相比,双流体模拟的工作点外特性匹配较好.同时,对蜗舌间隙参数变化对性能的影响做了说明.     

基于蜗舌改型的空调用离心风机流动分析及降噪研究

本文采用计算流体动力学和声类比相结合的混合方法对空调用离心风机进行流场以及声场的计算,同时进行风机风量和噪声的实验测量,验证所采用的数值计算模型和计算方法的有效性.针对原型非常规蜗壳,提取蜗壳中间截面型线进行直蜗舌的蜗壳设计,在此基础上设计了三种倾斜蜗舌的蜗壳.根据数值计算结果,对最优倾斜蜗舌进行了实验验证。经实验测试,风机在各个工况点风量均有提升,在最大风量点风量提升6.0%,噪声降低1.4 dB(A).数值分析风机内部流动特征及噪声特性,发现在蜗舌附近流动区域内湍流强度和涡量明显减小,在叶片通过频率处声功率谱密度以及噪声峰值明显下降,这也表明风机的旋转噪声得到了有效控制。     

贯流风扇偏心涡非定常特性研究

本文应用大涡模拟计算并描述了贯流风扇内部旋涡流动的非定常变化细节.研究结果表明,贯流风扇叶片绕流流态复杂,吸力面存在分离流动,叶片出口形成明显的尾迹区.在蜗舌一侧存在偏心涡,由核心区域和外围区域组成.其中偏心涡的核心区域由两至二三个叶道内气流在内径处分离产生的旋涡团组成,在流动过程中涡量由上游的脱落涡得到补充.偏心涡的外围区域由蜗舌附近回流的旋涡团组成,引起蜗舌表而压力脉动,产生干涉噪声.干涉噪声频谱在低频带上具有较大声压级,最大声压级处的频率和叶轮出口侧叶道的脱落涡频率相关.     

贯流风机涡结构与噪声特性的数值研究

本文采用大涡模拟对空调室内机中贯流风机的内流进行了数值计算,结果显示了以偏心涡为代表的复杂非定常流动细节.计算结果表明,贯流风机气流两次进出叶轮,叶片尾缘、蜗舌处出现明显的脱落涡结构.叶轮周围监测点上出现了三个特征频率,分别对应叶片通过频率、叶片脱落涡频率以及蜗舌后缘的脱落涡频率,不同的特征点上表现出不同的频谱特性.另外,通过LEE方程中的声源项分布得到了贯流风机的主要噪声源区域,继而对蜗舌和叶轮等主要音源表面的远场辐射噪声频谱进行了分析,为后续的实验研究提供参考.     

改变蜗壳结构对离心风机性能及噪音的影响

利用Ansys Fluent软件进行数值模拟,通过分别改变蜗壳宽度和蜗舌倾角的方法,详细研究了改变蜗壳结构对离心风机气动性能及声功率级的影响。研究结果显示,在离心风机设计推荐范围内存在最佳蜗壳宽度,使得离心风机的声功率级最低;增加蜗壳宽度,离心风机的全压、效率略有下降,静压升高;固定离心风机蜗壳后盖板蜗舌半径R_1,增大蜗壳前盖板蜗舌半径R_2,能有效地降低离心风机的声功率级;在降噪效果上,改变蜗舌间隙优于改变蜗舌倾角.     

前缘弯掠斜流转子叶顶间隙流动特性数值分析

本文对前缘弯掠斜流转子叶顶间隙内的流动特性进行了数值分析。结果表明:叶顶间隙气流与主流发生卷吸而生成泄漏涡。泄漏涡作用的区域具有较低的压力分布。在叶片通道内,泄漏涡沿着与转子旋向相反的方向朝相邻叶片的压力面移动。大间隙时的泄漏涡比小间隙时强烈。低流量时泄漏涡的作用区域比高流量时大。在各种流量特性下,叶顶尾缘近吸力面区域都存在着二次间隙流。     

空调器新型轴流风扇叶尖涡的研究

本文采用Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型,对只在叶轮尾缘带有导流罩的低压轴流风扇进行了三维稳态内流模拟,详细分析了叶顶流场中叶尖涡的产生和发展轨迹。研究结果表明,叶尖涡在距叶尖前缘约1/4叶顶轴向弦长的吸力面附近形成,在叶轮出口附近消失,在切向约占3/4流道,近似形成一个涡环,阻塞主流.在回转面上,叶尖涡涡核先沿流线方向发展,在导流罩附近逐渐转为切向方向发展;在径向方向,叶尖涡先沿外径方向发展,在导流罩附近转向内径方向移动。空调室外机系统的不对称结构引起叶尖涡在叶轮旋转过程中的相对位移.流量的变化对叶尖涡的轴向位置影响较大,而对其径向位置的影响不明显;小流量时叶尖涡的轴向移动能力减弱,切向移动能力增强,消失位置向前缘方向移动.     

Visualization of tip vortex flow in an open axial fan by EFD

The behavior of tip vortex in an axial fan without casing wall (called open axial fan) was discussed and analyzed. The velocity measurement was performed by using two-components Laser Doppler Velocimetry (LDV) system. The detailed velocity and vorticity distribution inside blade passage and downstream of rotor were obtained. Thus the structure of tip vortex and its behavior were graphically visualized by experimental fluid dynamics (EFD). The tip vortex flow trace was indicated with the calculation of vorticity. As a result, it was found that tip vortex was generated at blade tip region near leading edge and it extended to downstream of blade exit with its core tending inward to hub direction. In addition, leading edge vortex was also found at the forepart of the experimental open fan.     

大小叶片贯流风机内流特性分析与实验研究

为降低空调用贯流风机的噪声,改善音质,通过采用直叶片贯流风轮达到斜扭叶片贯流风轮的音质和低噪声特性,从而降低贯流风轮的制造成本,本文设计了大小叶片交错组合的新型非等距贯流风机,并采用滑动网格对其内流特性进行了非定常数值模拟,同时对其气动噪声特性进行了实验研究.大小叶片贯流风机的偏心涡基本稳定在叶轮中心与蜗舌相连的切线上,位于叶轮内圆周附近.风轮非定常运转时,偏心涡的涡核位置在直径为2mm的圆所围成的区域内变化.大小叶片交错组合的贯流风轮改变了叶轮与蜗舌的间距,有效地降低叶片通过频率噪声并改善了音质.采用大小叶片交错组合的贯流风轮能够达到斜扭叶片贯流风机的降噪效果.     

不同间隙条件下的叶顶区流动

本文用数值方法研究带有间隙的三维叶栅叶顶区的流动。对于不同大小的间隙及环壁静止与旋转的不同壁面条件,揭示了叶顶区流动的细节。计算结果表明,叶片当地厚度与间隙高度之比过大过小的情形均不易形成叶顶分离涡,相比轮毂静止的情形,轮毂转动时较不易形成叶顶分离涡。     

周向弯曲低压轴流风机叶顶泄漏流动数值研究

本文采用数值模拟的方法,对三种带有周向弯曲叶片的低压轴流通风机(原型叶轮、周向前弯及后弯叶轮)的叶顶泄漏流动进行了研究。在数值计算与试验测量结果较为吻合的条件下,从流场和压力场等不同角度分析探讨了叶片周向弯曲后,叶顶泄漏流动和泄漏涡的形成和发展规律。数值计算结果表明,叶顶周向前弯加剧了泄漏涡与主流的掺混;周向后弯叶轮比前弯叶轮有助于减弱叶顶泄漏流动;强度大、衰减慢的泄漏涡,降低了叶顶的通流能力,同时与主流的掺混加剧也增大了叶轮的端部损失;此外,顶部间隙高度的增加,泄漏流动加强,旋涡的起始点更靠近叶片后缘。     

压气机转子三维紊流流场

在低速大尺寸压气机试验台上，用单斜热丝、高频压力探针及由旋转四坐标全电动探针位移机构带动的五孔气动探针，测量了单级压气机转子出口和单转子压气机叶片通道尖区在不同流量状态下三维平均和亲流流场。设计状态，叶尖泄漏涡的发展及其与端壁附面层的交混决定了尖区的流动特性。小流量状态，叶片吸力面附面层增厚，近失速状态尖部吸力面附面层发生分离，吸力而附面层内径向潜移强烈，叶尖吸力面角区产生大范围强旋涡，角区部分低能流体移向叶尖通道中部，与端壁附面层、泄漏涡、刮削涡及主流发生交混．     

Investigation on the Flow Field Entropy Structure of Non-Synchronous Blade Vibration in an Axial Turbocompressor

In order to explore the inducing factors and mechanism of the non-synchronous vibration, the flow field structure and its formation mechanism in the non-synchronous vibration state of a high speed turbocompressor are discussed in this paper, based on the fluid–structure interaction method. The predicted frequencies f_BV (4.4EO), f_AR (9.6EO) in the field have a good correspondence with the experimental data, which verify the reliability and accuracy of the numerical method. The results indicate that, under a deviation in the adjustment of inlet guide vane (IGV), the disturbances of pressure in the tip diffuse upstream and downstream, and maintain the corresponding relationship with the non-synchronous vibration frequency of the blade. An instability flow that developed at the tip region of 90% span emerged due to interactions among the incoming main flow, the axial separation backflow, and the tip leakage vortices. The separation vortices in the blade passage mixed up with the tip leakage flow reverse at the trailing edge of blade tip, presenting a spiral vortex structure which flows upstream to the leading edge of the adjacent blade. The disturbances of the spiral vortexes emerge to rotate at 54.5% of the rotor speed in the same rotating direction as a modal oscillation. The blade vibration in the turbocompressor is found to be related to the unsteadiness of the tip flow. The large pressure oscillation caused by the movement of the spiral vortex is regarded as the one of the main drivers for the non-synchronous vibration for the present turbocompressor, besides the deviation in the adjustment of IGV.     

微喷气提高轴流压气机稳定性的研究

在动叶顶部采用稳态微量喷气可以在不影响低速轴流压气机的稳态工作特性下,拓宽其工作范围。为了分析微喷气作用机理,进行了一系列不同喷气结构的实验研究,包括不同喷气角,不同喷嘴安装位置以及不同喷气量.利用高频响动态传感器测量叶尖间隙动态压力谱,分析表明微量喷气可以改变叶尖顶部泄漏涡的轨迹.