高比转速离心压气机叶轮的设计及其三维流场分析

利用三维数值模拟计算(CFD)技术进行了100 kW微型燃气轮机的高比转速离心压气机叶轮的设计与内部流动的数值模拟与分析,得到了相应的特性曲线与主要气动参数分布。根据数值模拟分析,设计的100 kW微型燃气轮机高比转速离心压气机叶轮具有较高的效率和较宽广且平坦的工作特性,可以满足微燃机总体设计对压气机的要求。流道内存在复杂的跨音速流动现象。在下一步工作中,有必要优化设计叶轮几何型线,提高压气机效率。     

离心压缩机轮盘空腔的实验研究

本文以离心压缩机轮盘空腔为研究对象,依托大功率间冷压缩机闭式试验台测量了轮盘空腔静壁面不同半径处的静压和静温,分析了变工况下轮盘空腔和离心压缩机的耦合特性,并研究了变转速对轮盘空腔内部流动影响及其变化规律.结果 表明静压和静温沿着半径增大方向逐渐上升,但静温在近叶轮出口与空腔进口耦合处有所下降.设计转速下各位置点静压总体趋势、静温以及沿着半径减小方向的静压损和静温损均随流量的减少而增加.静压随叶轮转速的降低而减小,静温随转速变化的规律较复杂,静压损和静温损均随转速的降低而减少,静压和静温随流量变化的规律也会因转速改变而不同.     

弯曲母线离心叶轮设计方案比较、分析

为了探讨叶型弯曲不同分布对叶轮效率的影响,本文使用三元粘性数值模拟方法,对几个具有弯曲母线的离心叶轮进行了分析比较,在减损机理、特别是设计准则方面进行了摸索和探讨。     

基于三维粘性流动分析的离心压缩机叶轮设计方法

本文尝试了一种以三维粘性分析为参考准则设计离心压缩机三元叶轮的实用方法.以角动量为控制手段对Krain实验叶轮进行了变型设计,并对Krain原始叶轮与新设计叶轮进行了三维粘性流场计算,对典型通流截面的子午速度与转子焓分布做了分析,并对三种叶轮的总体性能进行了比较。结果表明,角动量的不同分布对所设计叶轮的压比和效率有明显的影响。     

半开式离心叶轮变工况间隙流动特征

针对叶顶间隙对半开式离心压缩机叶轮内部流场和气动性能的影响,采用数值方法研究了不同工况下叶轮流道及间隙处的流场规律,对比分析了小流量、设计和大流量三个运行下况下叶顶马赫数分布、叶顶载荷与间隙泄漏量、间隙泄漏涡特征的变化,以及叶顶间隙随进口流量变化对叶轮气动性能的影响,得出间隙涡流在通道中下游与主流相互掺混是引起半开式叶轮能量损失的主要原因。     

多级离心泵内叶轮出口压力脉动研究

为研究瞬态工况下离心泵叶轮出口处的压力脉动情况,为离心泵泄漏流道流动提供边界条件,建立了包含叶轮和导叶流道的离心泵模型,基于CFD方法计算得到了其在不同工况下的性能参数,利用测试数据对结果进行了验证。分析了瞬态工况下叶轮出口处压力的变化趋势,比较了不同工况对叶轮出口压力脉动的影响,发现叶轮出口压力随叶轮旋转呈周期性变化,压力脉动频率与转速及叶轮数量有关;偏工况时叶轮出口压力脉动趋势与额定工况基本一致,但脉动频率及脉动幅值有较大区别;随离心泵转速增加,叶轮出口处压力脉动的最大值和最小值均呈减小趋势,但幅值随转速增加而增加,且增幅明显。     

斜流/离心压缩机初步设计和分析方法研究

依托两区模型开展了单级斜流/离心压缩机的初步设计和分析方法研究,验证了基于SOA-TEIS混合扩压度模型的改进ODP问题迭代方法在斜流/离心压缩机初步设计和分析中的准确性。采用本文方法对Krain高比转速叶轮和低比转速叶轮模型进行了一维设计和分析,并将结果与实验数据进行了对比,结果表明:本文所述方法可在减少对工程经验参数选取依赖性的同时,实现较准确的斜流/离心压缩机的初步设计计算和非设计工况性能预测,且易于程序化实现,采用被动滑移因子计算方法获得的设计点附近工况的等熵效率预测偏差在1%以内。     

离心压气机叶轮弯曲母线造型及叶片弯曲减少二次流损失机理初步探讨

在离心叶轮在母线几何设计方法基础上发展了叶轮弯曲母线造型方法。使用这种方法不仅可对现有叶轮进行精确模拟，还可在设计中利用叶片弯曲控制离心叶轮槽道内二砍流动，达成减少损失的目的。使用三元粘性数值模拟技术对这一机理进行了初步探讨．     

NASA低速离心压气机叶轮内部流动的数值研究

本文采用一多功能流体动力学计算软件,详细计算分析了NASA低速离心压气机叶轮内部的三维速度场。通过与实验数据以及其它软件计算结果详细定量的对比分析,研究了CFD软件预测叶轮内部流场的能力及存在的问题,提出了进一步提高数值计算精度的建议。     

不同型线离心风机叶轮的性能对比研究

本文分别对采用常规单圆弧叶片和等减速叶片两种不同型线叶轮的离心风机进行了试验研究,并做了整机全工况数值模拟计算.流场分析表明:应用等减速流型设计的离心风机,其叶轮内部的流动损失小,压力梯度变化更规律,叶轮出口的射流-尾迹结构较弱,出口速度场均匀且最大速度值较低.所以,等减速流型设计的叶轮,其流动损失、扩压损失、出口混合损失以及出口截面突变损失均比较小,效率较高.     

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。     

Unsteady flow visualization at part-load conditions of a radial diffuser pump: by PIV and CFD

The present study provides flow visualization on complex internal flows in a radial diffuser pump under part-load conditions by using the three-dimensional Navier-Stokes code CFX-10 with Detached Eddy Simulation (DES) turbulence model. Particle Image Velocimetry (PIV) measurements have been conducted to validate numerical results. The CFD results show good agreements with experimental ones on both the phase-averaged velocity fields and turbulence field. The detailed flow analysis shows that no separation occurs at 0.75Q_des although a low-velocity zone develops on the rear impeller suction side. Steady flow separations are observed on the impeller suction sides at 0.5Qdes but with different onsets and amounts. When reducing the flow rate to 0.25Q_des, CFD predicts different types of back flows in the impeller region, including steady leading edge separations, rotating vortex in the impeller wake region, and back flow on the impeller pressure side.     

CFD在双吸式离心泵优化设计中的应用

针对某双吸式离心泵流量和扬程达不到设计要求,效率偏低的情况,对该泵内部三维湍流进行了数值模拟,通过对泵内流场和总压变化过程的分析,找出了该泵达不到设计要求的原因,提出了切割叶轮进口以扩大进口面积的改进方案.对改进后的泵内部流场进行了数值模拟,并与改进前泵内流场数值计算结果进行对比,性能预测表明改进后的泵基本达到了设计要求.在此基础上,对改进后的泵进行了实验测试,结果表明上述改进措施是有效的,数值模拟方法为水泵的优化设计提供了有力工具.     

叶片尾缘掠型对离心压气机特性影响研究

针对叶片尾缘掠型对离心压气机特性影响开展了数值仿真与试验验证的研究工作,详细分析了尾缘掠型对压气机特性的影响规律和压气机叶轮内部流动特征,研究结果表明:尾缘掠型能够提升压气机出口的总压,使离心压气机压比变高,自由掠叶型相比于斜掠叶型,压比会进一步提升。叶片尾缘掠型能够有效抑制尾缘流动分离与叶间泄漏效应的结合效果,降低流动分离强度和分离区域,提升叶轮的稳定工作范围与效率。试验验证结果表明采用自由掠型尾缘叶轮,压比随着转速的升高提升幅度变大,最多提升了9.14%,喘振线明显向左偏移,运行流量范围拓宽。尾缘掠型能够有效提升压气机压比和稳定工作范围,是改善压气机特性的有效手段。     

关于Krain实验叶轮几何型线及其流道二次流旋涡结构的讨论

Krain关于高速离心式压缩机叶轮内部流畅的LDA实验测量不仅对认识这种特定的复杂流动有重要意义,而且亦为验证正在迅速发展的CFD软件提供了比较依据。但是作者发现,Krain公开发表的实验叶轮的几何型线缺少叶轮出口附近区域的型线坐标,直接用其进行数值计算分析将引起误差。为此,本文根据Krain在不同文献中所提供的有关实验叶轮的资料,重新构造补全了实验叶轮出口区域的型线坐标。然后,利用一多功能CFD软件对该实验叶轮进行了计算分析,较详细、深入地探讨了叶轮流道内二次流旋涡结构的形成和发展过程。     

叶片开缝的离心风机流场研究

本文提出在离心叶轮轮盖与叶片之间开缝,使得叶片压力面侧的高压气体射流到吸力面侧的低速尾迹区,从而直接给叶轮内的低速流体提供能量,减弱了叶轮内由于二次流所导致的射流-尾迹结构,并可用于消除或解决部分负荷时常发生的离心叶轮积灰问题.对某离心风机整机的数值模拟表明,在设计流量和小流量情况下,叶轮开缝后使叶片表面分离区域减小,整个流道速度分布更为均匀,改善了叶轮内部流场的流动状况,提高了离心叶轮性能和整机性能.研究表明,本方法对于提高离心式流体机械性能是有效的.     

部分流泵整机非定常流动数值模拟

本文在设计工况下采用滑移网格技术对部分流泵进行了整机非定常流动数值模拟,分别分析了叶轮、蜗壳内的非定常流动规律。计算表明,部分流泵内流的非定常特性极其强烈,只有采用非定常计算方法才能反映其内流的实质。本文的计算为进一步研究部分流泵的内流现象、提高效率、减少水利损失提供了一定的理论依据。     

离心泵叶轮内气液两相三维流动数值研究

本文采用欧拉模型对离心泵叶轮内气液两相泡状流动进行了数值模拟。分析了叶轮内压力、速度等的分布规律,发现在靠近轮盖侧吸力面入口附近压力较低,气液两相速度较大,气泡容易凝聚而导致含气率较高;靠近轮盘处含气率较低。分析了不同进口截面含气率对叶轮内部两相流动的影响机理,建立了进口截面含气率对内部相态分离及泵外特性的影响关系。     

计及几何参数变化的离心压气机特性分析

本文采用CFD软件对微型燃机的离心叶轮进行数值模拟,讨论了叶片数及分流叶片位置对叶轮性能的影响,并进行了流场分析。在本文研究的情况中,叶片数增加使得性能曲线左移,单个叶片载荷减小,损失增加,叶轮效率下降, 但是增压效果得到改善。分流叶片位置靠近主叶片压力面时,性能曲线右移,流通能力提高,同时会使分流叶片的载荷增大,当分流叶片靠近主叶片压力面时,则情况相反。     

叶顶间隙对离心压气机性能影响的研究

叶顶间隙的研究长期以来一直是叶轮机械研究和设计的热点和难点。本文采用CFD软件研究了进口叶尖相对马赫数分别为0．9、1．15、1．3时,有、无间隙的离心叶轮的气动性能,比较了压比、效率及流量的差别。并分析了用于 100 kW微型燃气轮机的高压比、高转速离心压气机在三种不同尺寸叶顶间隙下的性能,讨论了间隙影响的原因。数值模拟结果表明,叶顶间隙在一定范围内时,间隙主要减弱叶轮的升压能力,基本不影响效率和阻塞流量。