离心压缩机中间级内流动数值研究

本文采用数值方法对多级离心压缩机中间级内的流动进行了研究,重点考察了进口段、弯道和回流器对中间级气动性能的影响,发现与进口段相比弯道和回流器内的流动损失较小,并且回流器出口气流的扰动作用使得级的喘振流量减小。本文还研究了增大回流器叶片出口安装角对压缩机压比及效率的影响。     

离心压气机叶片三维气动优化设计

本文针对离心压气机叶片的倾和掠的特征,建立三维气动优化设计系统.采用NURBS曲线和曲面分别对离心压气机叶片前缘基迭线和中弧面进行参数化建模,相应控制点作为优化设计变量,以提高不同工况下离心压气机的整级效率为优化目标,同时采用变复杂度模型的优化策略缩短优化设计周期.算例结果表明这种离心压气机叶片三维气动优化设计方法对提高整级效率具有良好效果.     

非对称进气双面压气机叶轮工作模式研究

采用数值模拟方法对两端非对称进气双面离心压气机整级和简化模型的工作特性进行分析。结果表明:非对称进气双面离心压气机存在两种工作模式,随着流量减小由并行工作模式转换成单侧叶轮工作模式;同时,对两侧叶轮出口各区域速度三角形进行了分析,阐明了各区域速度分量存在差别的原因以及共享扩压器内的流动与掺混状况;此外,分析了小流量工况下两侧叶轮出口流场的非对称结构,发现该工况后方叶轮对应各量的周向掺混更为迅速。     

跨临界CO2离心压气机流场特性理论分析

就应用于跨临界二氧化碳(TCO₂)热泵循环中的离心压气机进行设计与数值模拟,使用MW级超临界二氧化碳(SCO₂)离心压气机的跨临界实验数据进行数值模拟方法验证,使用非线性谐波法进行非定常计算。发现大流量跨临界工况中流道内二氧化碳(CO₂)冷凝程度显著增加。叶顶间隙泄漏流为两相流,此部分流动会延伸相变区至下游叶片吸力面,影响主流流动。在TCO₂循环中给压缩机设置入口过热度可以显著减少冷凝现象。非定常计算中动静干涉现象会影响叶片尾部的压力分布,同时能更准确地识别出叶片扩压器中的回流涡。     

复杂换热条件下离心压气机内部传热特性研究

油雾在离心压气机扩压器壁面上的碳化结焦导致压气机效率急剧下降,离心压气机冷却是减少结焦的有效方法,研究压气机内温度分布及传热特性是压气机冷却结构设计的重要依据。本文基于流-热耦合数值分析方法和实验手段,对强换热条件下离心压气机内温度分布进行了分析和验证,研究了不同工况条件下压气机冷、热端传热特征以及扩压器表面温度分布特性。结果表明,压气机内压缩空气为主要热源,与之接触的壳体具有较高温度,扩压器表面最高温度出现在入口处轮毂侧。流体内近壁面温度梯度较大。扩压盘表面传热系数沿径向显著降低,说明边界层的发展阻碍流固间传热,采取冷却措施将有效降低壳体温度,抑制结焦现象。     

拓展小尺寸离心压气机级失速裕度机匣处理方案的数值研究

为提高一小尺寸离心压气机级的失速裕度,首先为其设计了进气回流和周向槽两种机匣处理方案,对实壁机匣和处理机匣压气机级总体性能的分析表明;进气回流并没有起到拓展压气机级失速裕度的效果,周向槽机匣处理对压气机级失速裕度的改进量也只有约2.41%。因此考虑了一种新的机匣处理方案,即同时采用进气回流和周向槽机匣处理。计算结果表明:压气机级失速裕度得到了明显的提高,提高幅度达13.25%。     

采用混合工质的多级离心压缩机中间级的特性分析

本文利用编制的混合气体的物性计算程序,对某多级离心压缩机中间级内部流场,进行数值模拟的研究,重点分析了对弯道和回流器等静止部件内的气动特性.计算采用时间推进法,湍流模型选择Spalart-Allmaras模型.结果表明:叶轮设计合理;静止部件特别是无叶扩压器和弯道内摩擦损失较大,且易受下游部件影响;工况变化对回流器入口流动影响很大.     

离心压气机轮盘空腔流场计算与分析

通过对离心压气机与轮盘空腔耦合流场的计算分析,得到了轮盘空腔流动的基本流场结构和动力特性.在不同离心压气机工况和空腔泄漏流模式下,分析了轮盘空腔与离心压气机的耦合关系,给出了轮盘空腔对离心压气机流场细节、推力、功率和效率的影响及各自的变化规律,并说明了其内在机理.     

回流器对离心压缩机级特性影响的试验研究

回流器对离心压缩机级特性影响的试验研究姚承范，朱营康，马林，程　晋（西安交通大学动力机械工程系）一、前言鉴于以往对离心压缩机回流器的研究较少且多偏重于其内部流场测试和一线流动分析，尚需进一步部析回流器型式、回流器与无叶扩压器的匹配关系对压缩机基本级特...     

多级轴流压气机全工况特性计算

本文使用三维粘性流动计算软件Fine／Numeca,对某十五级轴流压气机进行了内流流场和全工况特性的数值计算尝试。分析了该压气机在设计工况和非设计工况的性能,同时把整机计算结果和前七级叶片的计算结果进行了比较。计算结果表明,当计算的级数较少时,目前的软件和硬件平台可以比较合理地预测压气机的全工况特性;而当计算的级数较多时,准确的数值模拟仍需要更为准确的多级模型和数值方法。     

闪电连续电流的光谱分析及通道温度特性研究

连续电流是闪电放电过程中的一个重要子物理过程,它是指雷暴云局部电荷中心在回击之后沿原通道对地的持续放电过程。在连续电流阶段,原本发光微弱的通道其亮度有时会突然增强,这种现象被称为叠加了M分量,自20世纪连续电流被发现以来,国内外学者进行了许多观测研究。目前主要是利用电磁学和光学的观测手段揭示其放电和发光的宏观特征,利用光谱观测对其通道内部微观的发光信息和物理特性等的研究还很缺乏。如关于连续电流阶段放电通道内的温度特性参数目前鲜有报道,而温度是研究闪电连续电流放电通道物理特性所必需的基本参量,也是预防连续电流引起的雷电灾害事故所关心的参数。依据由无狭缝高速光谱仪观测的一次云对地闪电首次回击后叠加三个M分量的连续电流过程的光谱资料,分析了整个放电过程中光谱的演化特征,计算了连续电流放电过程电流核心通道和外围电晕通道的温度,研究了两者随通道高度的变化特性。结果表明,在初始回击阶段,通道的光辐射主要是激发能较高的一次电离的氮离子辐射,在之后连续电流阶段,通道的光辐射则主要是激发能较低的中性氮、氧原子辐射。离子线辐射在回击初期时最强,氢Hα线和红外波段的中性原子线在M1时最强,连续谱在M2时最强。近红外波段的四条线OⅠ 777.4, NⅠ 746.8, 821.6和868.3 nm在整个放电过程都可以被观测到。在连续电流阶段,电流核心通道温度为42 060～43 940 K,比相应回击核心通道温度高6 020～7 900 K;外围电晕通道温度为16 170～20 500 K;通道核心温度和电晕温度均随时间变化不大;通道核心温度随通道上升呈减小趋势,而外围电晕温度随通道上升呈增大趋势。     

离心压缩机弯道最佳r/b值研究

本文将叶轮、无叶扩压器和弯道组合一起对弯道进行研究,充分考虑了叶轮出口的射流/尾迹结构对弯道进口气流的影响.通过对不同弯道半径r与流道宽度b的比值r/b条件下,数值研究其对离心压缩机基本级气动性能的影响.对弯道内部流动及r/b值变化与离心压缩机级的总体性能的变化关系进行详细的对比分析.研究结果表明:r/b值的变化对弯道出口气流角影响显著,并存在一个使级效率为最大值的最佳r/b值。壁面摩擦是引起弯道内部总压损失的主要因素。     

高压比离心压气机叶片扩压器设计准则研究

本文对某带叶片扩压器的高压比离心压气机进行数值研究,提出Vt和Vm沿子午流道规律变化的叶片扩压器气动参数设计准则,采用该设计准则的优化结果表明,在保持原型扩压器进出口半径的条件下,压气机压比基本不变,但最高效率提高1.55%,工作裕度扩宽22.22%。同时,本文提供气动参数设计准则相应的快速优化设计流程。该气动设计准则可为类似的高压比离心压气机叶片扩压器设计、优化提供指导与参考。     

双涵道叶轮机S2流面反问题计算方法

在双涵道叶轮机风扇和压气机的设计中,本文将风扇及内外涵叶片的S2流面反问题统一起来,而成为一个统一的双涵道叶轮机S2流面反问题.在分涵处,采用一列重叠网格,用来传递分涵处上游和下游的流场信息,分流机匣最前面的点既是内涵的计算点,又是外涵的计算点,以该点的压力值作为收敛的判断依据,通过改变分流比,使计算得到的两个压力值相等,分流机匣前的流线平滑,从而得到合适的流场.本方法适用于较复杂的双涵道叶轮机设计,风扇和内外涵叶片排数理论上都不受限制.     

Transitional Channel Flow: A Minimal Stochastic Model

In line with Pomeau’s conjecture about the relevance of directed percolation (DP) to turbulence onset/decay in wall-bounded flows, we propose a minimal stochastic model dedicated to the interpretation of the spatially intermittent regimes observed in channel flow before its return to laminar flow. Numerical simulations show that a regime with bands obliquely drifting in two stream-wise symmetrical directions bifurcates into an asymmetrical regime, before ultimately decaying to laminar flow. The model is expressed in terms of a probabilistic cellular automaton of evolving von Neumann neighborhoods with probabilities educed from a close examination of simulation results. It implements band propagation and the two main local processes: longitudinal splitting involving bands with the same orientation, and transversal splitting giving birth to a daughter band with an orientation opposite to that of its mother. The ultimate decay stage observed to display one-dimensional DP properties in a two-dimensional geometry is interpreted as resulting from the irrelevance of lateral spreading in the single-orientation regime. The model also reproduces the bifurcation restoring the symmetry upon variation of the probability attached to transversal splitting, which opens the way to a study of the critical properties of that bifurcation, in analogy with thermodynamic phase transitions.     

闪电首次回击过程中通道温度与电导率的演化特征

利用以高速摄像机为记录系统组装的无狭缝摄谱仪,在青海地区获得了多次云对地闪电首次回击过程400-900 nm波长范围的时间分辨光谱,分别计算了闪电电流核心通道和外围发光通道的温度;结合空气等离子体的传输理论,获得了闪电通道的电导率,探讨了回击过程中通道温度及电导率的演化特征.结果表明,闪电电流核心通道的温度比外围通道高约5000-7000 K,并且,与以往关于通道峰值温度持续时间的观点不同,回击过程中,通道保持高温的时间远远大于峰值放电电流存在的时间,在回击电流缓慢减小的数百微秒内,核心电流通道维持20000 K以上高温,这一特性是热效应导致雷电灾害的主要根源.     

Anomalous resistivity resulting from MeV-electron transport in overdense plasma

Laser produced hot electron transport in an overdense plasma is studied by three-dimensional particle-in-cell simulations. Hot electron currents into the plasma generate neutralizing return currents in the cold plasma electrons, leading to a configuration which is unstable to electromagnetic Weibel and tearing instabilities. The resulting current filaments self-organize through a coalescence process finally settling into a single global current channel. The plasma return current experiences a strong anomalous resistivity due to diffusive flow of cold electrons in the magnetic perturbations. The resulting electrostatic field leads to an anomalously rapid stopping of fast MeV electrons (almost 3 orders of magnitude stronger than that through classical collisional effects).     

The design secret of Kyokusui-no-En’s meandering channel

The purpose of this study is to investigate the characteristics of the flow through the Jonangu channel which is used for ceremonial game called as ‘Kyokusui-no-En’ in Japanese. The geometry of the channel is measured, a visualization technique is used to measure the actual flow characteristics, and then a numerical flow model is used to represent the flow including unsteady flow characteristics. Numerical model of drifting cup is introduced to investigate an interaction between flow and motion of the cup. Finally, the intention of the channel design is interpreted from the viewpoint of fluid mechanics using observed and calculated results.     

闪电首次回击过程中通道温度与电导率的演化特征

利用以高速摄像机为记录系统组装的无狭缝摄谱仪,在青海地区获得了多次云对地闪电首次回击过程400-900 nm波长范围的时间分辨光谱,分别计算了闪电电流核心通道和外围发光通道的温度;结合空气等离子体的传输理论,获得了闪电通道的电导率,探讨了回击过程中通道温度及电导率的演化特征.结果表明,闪电电流核心通道的温度比外围通道高约5000-7000K,并且,与以往关于通道峰值温度持续时间的观点不同,回击过程中,通道保持高温的时间远远大于峰值放电电流存在的时间,在回击电流缓慢减小的数百微秒内,核心电流通道维持20000K以上高温,这一特性是热效应导致雷电灾害的主要根源.     

依据光谱研究闪电回击通道核心的特征参数

闪电回击通道核心中的大电流及其强电磁辐射是引发多种雷电灾害的主要根源。随着现代科技的飞速发展,闪电防护工作显得越为重要。为了完善闪电防护系统,需要从描述闪电回击通道核心的特征参数入手深入研究闪电通道形成和发展过程的微观物理机制。截至目前,光谱观测是获取闪电通道核心特征参数的最佳手段。2015年夏天在青海高原地区的野外试验中,利用由高速摄像机作为记录系统组装的无狭缝光栅摄谱仪,结合快天线地面电场测量仪,记录到一次包括四个回击的云地闪电放电过程的光谱以及与之同步的快电场变化信息。依据光谱,结合等离子体理论计算得到闪电回击通道核心的电导率。在此基础上,应用闪电电动力学模型计算了闪电回击速度、峰值电流、贯穿通道核心的电磁场以及通道核心单位长度的峰值功率等特征参数。结果表明,回击速度在(1.2～2.3)×108 m·s-1的范围内;贯穿回击通道核心的轴向电场、径向电场和磁感应强度的最大值分别在(1.42～1.74)×105 V·m-1,(8.22～9.99)×108 V·m-1和(1.51～2.83) T的范围内。当闪电回击的峰值电流在(7.52～24.05) kA的范围内时,回击通道核心的峰值功率在(0.63～1.92)×109 W·m-1的范围内。另外,分析了电导率、起始电场峰值、回击速度和峰值电流与峰值功率之间的相关性,结果发现峰值电流和峰值功率具有良好的线性关系。研究结果可为探索闪电回击通道形成和发展过程的微观物理机制提供参考依据。