基于变分有限元方法的S809翼型的改进设计

翼氆的升力和阻力特性直接影响到叶轮机或机翼的性能,传统风力机翼型的外形是基于经验和半经验的方法得到,本文采用变域变分有限元方法,以NREL S809翼型为原形,通过改进其叶片表面的目标压力分布,进行该翼型的改进设计,并对新设计出的翼型在0°～20°攻角范围内进行CFD数值模拟,得到的结果与原始S809翼型在升阻力系数,...     

水翼表面粗糙带对空化抑制效果的数值研究

为研究水翼表面粗糙带对空化的抑制效果,在修改的NACA16翼型吸力面施加一粗糙带,对在不同粗糙带条件下翼型的水动力学特性和周围流场进行了数值模拟研究,得到了升阻力系数、吸力面最小压力系数和近壁面湍动能随粗糙带变化的趋势,探讨了水翼表面粗糙带对抑制表面空化的效果。结果表明,随着粗糙带宽度和高度的增大,翼型周围流场的压强显著升高并使吸力面的最低压力高于饱和蒸汽压,从而延缓了初生空化的发生。该结果为认识粗糙带对水翼抗空蚀性能的影响提供了参考。     

统一的对流扩散型可压缩流体力学方程与解法

流体力学的动量方程、能量方程、湍动能方程和耗散方程都具有对流扩散方程的形式,但连续方程却不是对流扩散型的。对于可压缩问题,本文通过合理的数学推导,不作任何近似、假定与简化,得到一个全新的连续方程形式．该连续方程以压力为未知变量,并具有对流扩散型形式,使得所有的流体动力学方程组都具有完全统一的方程形式,给出了这种三维对流扩散方程组的有限精确差分计算格式。对流体力学的进一步发展具有一定意义．     

离心压气机叶片前缘几何形状对性能的影响

本文采用数值模拟的方法研究了不同的叶片前缘几何形状对离心压气机性能的影响,研究表明:圆形前缘与钝头前缘相比能提高压气机的流通能力,并使压比和效率有明显的提高,但同时也会使得工作范围变窄,而椭圆形前缘会使得性能得到进一步的提高.流场分析显示,圆形前缘和椭圆形前缘可以减小叶片前缘造成的分离损失,并减小出口尾迹的损失,从而使得效率提高.采用圆形前缘和椭圆形前缘可以使得从分流叶片前缘位置往后的主叶片的载荷分布比较平均,使得主叶片和分流叶片的载荷分布比较合理,同时椭圆形前缘还可以使得分流叶片的做功能力增加.     

离心透平一维气动设计与优化

以离心透平为研究对象,采用完全气体为流动介质,在效率最优的前提下,提出了一种完全径向出气(α_2=90°)的一维气动设计优化方法,并与效率最优、无约束出气的一维气动设计方法进行比较,结果表明:在压比ε~*=0.625,反动度在0～0.5范围内的情况下,无论是否存在余速利用,无约束出气和完全径向出气对应的最佳速比和最佳轮周效率随反动度的变化规律基本一致;在变压比的情况下,该一维气动优化设计方法得到的最佳轮周效率与无约束出气设计方法得到的最佳轮周效率相差不超过0.5%。但是由于约束了α_2=90°,减少了一个设计变量,简化了设计过程。因此可以用该设计方法进行离心透平的优化设计。     

运动表面风力机翼型的气动性能研究

本文通过数值模拟,研究了S809翼型表面沿切向顺时针方向速度运动时的气动性能.从计算结果看出,翼型表面运动能有效抑制或延缓大攻角流动分离,改善翼型的气动性能。在此基础上,为了仅考虑表面的运动效应,消除翼型几何外形对升阻力系数的影响,本文还研究了皮带轮翼型(由大小两个圆柱驱动的皮带轮)的气动特性。计算结果进一步表明,表面运动能有效地抑制翼型吸力面发生大规模流动分离,并可极大地增加翼型升力系数。     

Stork叶片气动性能研究

本文采用了CFD方法,对中国空气动力研究与发展中心的STORK 5.0 WPX全尺寸风电机叶轮气动件能进行了数值模拟,对转轮的几个截面压力系数进行了预测,并与风洞实验结果进行了对比,两者基本上吻合,并通过对流场进行分析,验证了计算方法的可行性和准确性.     

低速流动的预处理多重网格求解

本文采用预处理的时间推进方法,求解可压形式的Euler/Navier-Stokes方程,数值模拟低马赫数范围内的无粘、粘性流动.为了进一步加速收敛,并使用了多重网格技术.计算表明预处理能够保持可压缩求解方法在高速时的收敛特征,对于低速流动计算可以加速收敛并提高精度.     

基于速比优化的三维透平叶片一维化设计方法

现代透平叶片设计过程中,需要不断调整沿径向分布的几何参数,设计周期长。为了解决此问题,本文构建了一种三维叶片的一维化设计方法：将叶片流道沿径向分割成若干个子流道,对每个子流道进行一维设计,得到其最佳速比与进出口几何角,再使用每个子流道的一维设计结果沿径向叠加构建三维叶片。使用某F级燃机末级的边界条件,应用该方法对其叶片进行重新设计,并利用数值模拟结果中的静叶出口压力、落后角等参数作为额外约束进行精细设计。结果表明：与原始设计相比,优化得到的透平动叶部分区域损失略微增大,流量降低0.26%,但余速损失显著下降,同时轮周效率提高了1.7%,总–总效率提高0.37%,并且轴功增大了1.47%。     

聚能-遮蔽式风力机的性能实验研究

应用环境风洞,对几种不同的聚能-遮蔽模式及几种不同的风轮模型进行了吹风实验,获得了低风速条件下该类风力机风能利用特性的系列实验数据.研究表明,单S型(两个弧形叶片)的风力机的风能利用率高于多个弧形叶片的风力机的风能利用率;适当的聚能-遮蔽模式可以实现微风启动,并显著地提高风能利用率.