高速开式离心泵内部的流动特性研究

基于N-S方程应用标准的k-ε湍流模型对高速开式离心泵进行三维湍流数值模拟,得到了流道内的压力场、速度场的变化规律,揭示了回流等流动现象,验证了液流冲击、流动不均匀和回流是开式叶轮效率低的主要原因;通过对蜗壳进口速度和压力沿周向分布的分析看出分布呈现明显的波动特征,验证了叶轮与蜗壳的干扰所造成的周向流动的不均匀性是非常强烈的。预测出其性能曲线,计算与试验结果吻合良好,证明该计算方法具有较高的可靠性。     

旋转离心风机叶轮内两相流动的高速摄影研究

固体颗粒与叶栅的磨擦与碰撞，危及叶轮的可靠性和整体装置的稳定性。为研究风机内气固两相流动，利用自制的图象消转装置，拍摄了旋转风机内部固体颗粒相对于叶轮流道的相对运动轨迹的高速摄影照片，对旋转离心风机内颗粒运动特性、颗粒与叶片的碰撞过程及碰撞恢复特性进行了研究，分析了颗粒对叶片的冲蚀机理并指出改进设计思路。     

非设计工况下低比速泵叶轮内不稳定流动和湍流度试验

采用两维激光流速仪，在非设计工况下对三种泵叶轮不稳定流动和湍流度进行了测试，结果表明：叶轮内不稳定流动和湍流度受旋转和曲率及入流状态的综合影响，呈十分复杂的空间分布，偏离设计点时湍流强度和流动脉动与叶轮内流场相互关联，相对于设计工况都更要高些。     

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。     

环形压气机叶栅内部分离流结构分析 第一部分:近壁区分离流

1前言随着对叶轮机械研究的深入,叶轮机械内部的真实复杂流动已成为重要的研究课题。认识扩压叶栅内的流动分离和旋涡的发生、发展及相互作用,对于揭示压气机内部流动机制,改善流动结构,提高其喘振裕度,以及发展喘振控制技术都具有重要意义山。尽管人们已进行了许多研究,但尚未完整充分地认识这一复杂现象的物理现象和物理模型。对处在严重流动分离状态下的环形叶栅内部流动的研究就更为少见。本文应用油膜法显示了从约零度到二十几度多个来流攻角下,一大展弦比叶片低稠度环形压气机叶棚的表面流场。进口气流马赫数约为0．1。叶片进…     

微通道内红细胞流动与变形的可视化研究

微循环条件下,红细胞的尺寸与血管相近,血液不能视为均质流体,其流动表现出较强的颗粒性,红细胞流变特性对血液流动有较大影响。本文使用高倍显微镜对微流控芯片矩形截面微通道内红细胞的流动和变形特性进行可视化观察研究,并使用高速CCD相机拍摄和捕捉了红细胞在微通道内的流动和变形过程。通过观察不同浓度、粘度和速度下红细胞的聚集性、变形性以及常见的运动形态,发现红细胞在低粘度、低速流动条件下表现为两面凹圆盘形,沿流动方向运动过程总是伴随着翻转与旋转;在高粘度、高速运动条件下,红细胞表现为扁平椭圆形、呈坦克履带式(TTM)前进。     

离心叶轮内三维湍流流场的实验研究

利用多普勒激光测速仪对闭式后弯离心叶轮内三维湍流流场进行了实验研究。叶轮在带有无叶扩压器的通风机内运行。对整个流道内各流面的测点进行了详细的数据采集和统计．由得到的测量结果,分析了叶轮内回转面、径向面上主流速度的分布及发展趋势,气流角由叶轮进口向出口、由压力侧向吸力侧的变化规律、以及叶轮出口处二次旋涡流动等流动特性。     

离心泵内部流态的高速摄影研究方法

离心式流体机械内,特别是离心叶轮内部的流动相当复杂,单靠理论计算来正确预测叶轮内部流态和设计高效率的叶轮是有困难的。七十年代以来,运用三元流动理论和流动分析法求解叶轮内流场分布获得很大进展,但由于粘性对叶轮壁面的影响和叶轮出、入口的边界条件不易确定,计算结果与真实流动模型尚有一定差距。因此用实验方法     

动态探针测试系统的开发和应用

１前言叶轮机械中的动态探针测试是将带有压力传感器的探针固定在静止部件上，测试值随时间的变化与叶轮沿圆周方向的运动相对应，可在短时间内在１个测试位置上测出叶片间的流动状态。虽然其使用仅局限在叶轮的外部，但国际上已有较多的应用［１］。而国内这方面的详细介绍和在叶轮机械研究中的应用报告极少见到。本文建立了有自己特色的动态探针结构、校正、响应度检验和测试系统，并在国际上首次应用到离心泵进口回流的研究和诱导轮泵交替叶片空泡引起扬程下降机理的研究中，取得了很好的效果。２动态探针的结构和校正方法目前国际上使用…     

带有涡流发生器的离心压气机内流动分析

本文采用数值计算方法对带有和不带有涡流发生器(Vortex Generator Jet,VGJ)的低速离心压气机叶轮内流动进行了数值模拟,分析了涡流发生器不同配置参数对压气机叶轮性能的影响,较为详细地揭示了叶轮内流动特性,数值计算结果证明了采用涡流发生器实现离心压气机叶轮内部流动控制的有效性.     

离心泵蜗壳内旋涡流动的数值研究

采用"冻结转子法"处理叶轮与蜗壳间动静耦合流动的参数传递和相互干扰问题,研究了蜗壳进口周向非均匀来流对其内旋涡的演化发展的影响。分析表明,叶轮与蜗壳的干扰所造成的蜗壳进口周向流动的不均匀性是非常强烈的,整个蜗壳内的流动是以旋涡形式向出口推进的,且随工况的不同表现不同的演化过程,从而导致蜗壳内较大的流动损失。同时也说明只有考虑蜗壳来流的非均匀性影响,才能准确地模拟其内的旋涡运动。     

离心泵三元扭曲叶片设计的研究

本文参照离心压缩机三元扭曲叶片的设计方法,发展了一种离心泵叶轮三元叶片的设计方法。采用液流角动量作为控制叶片弯扭规律的参数,考虑流动分离对叶片中心面形状的影响,对沿轮盘、轮盖处相对流线上角动量分布形式的确定原则进行了分析与改进。通过引进叶轮水力效率来计及粘性的综合影响,使基于平均S2m流面反问题的计算方法更符合实际情况。最后对一离心泵的叶片进行计算,得到了较好的叶片形式。     

集流器偏心对多翼离心风机性能及噪声的影响研究

风机进口处的流动状态对其性能具有直接影响。本文对某多翼离心风机提出一种进口集流器偏心安装的方法,来控制其进口流动,使其性能获得提升、噪声降低。通过数值寻优与实验寻优的相互验证,对不同工况下集流器偏心安装前后的风机性能、噪声及内部流场展开分析,并最后得出了集流器的合理偏心位置。结果表明:当偏心角θ=120°且偏距比ε=0.016时,偏心方向对应叶道内的流动分离减弱,叶轮出口气流速度增大,同时叶轮前盘和集流器间隙间的流量泄漏也相应减小。在风机运行工况范围内,该风机的风量最大增加3.5%,全压效率最大提高3%,噪声降幅最大达1.2dB.     

轴流叶轮内的流动计算

众所周知,叶轮出口流场的特性反映了叶轮内部流动状况,对研究叶轮内部流动机理十分重要。轴流叶轮内的流动,由于粘性的影响,气体在环壁区域呈现为顶端间隙泄漏、环壁边界层、二次流以及壁面失速等复杂的流动现象。对于不同场合用的轴流机械,即使在设计工况下,这些流动现象的表现和干涉程度也不相同,因此适用于任意设计条件下环     

向心透平级叶轮内三维复杂流动的数值研究

对向心透平叶轮内部复杂流动在级环境下进行了全三维黏性数值模拟,结合拓扑学原理分析了设计工况和非设计工况下其内流动分离及各种涡系发展的演变过程,初步建立了向心透平叶轮内的旋涡模型,阐述了流动损失的形成机理。研究表明:向心透平叶轮内部涡系与轴流式透平存在较大差别,且流动分离及涡系主要集中在吸力面侧;设计工况下向心透平叶轮内的主要旋涡包括马蹄涡、通道涡及泄漏涡,其主要表现为通道涡与泄漏涡相互影响和掺混,是主要损失的形成原因;非设计工况下,主流在叶轮叶片前缘处发生大范围的分离及回流,造成了较大的能量损失,但二次流损失所占比例较小。     

合成气压缩机循环段流动性能分析

合成气压缩机循环段由于高压和流动空间限制,难以测量内部流动参数,导致无法从工程上判断循环段流动性能。为此本文建立了高压缸出口段、混合腔和循环段叶轮流道模型,采用合成气物性,在约14.4 MPa(A)的高压进口条件下,使用CFD的方法研究了循环段内部流动混合发展规律。选取常用的七种损失模型评估了叶轮内损失,并研究了混合腔对下游叶轮性能的影响。结果表明混合腔内呈现出明显的二次流动,随着流动向下游发展,流场变得越来越均匀。混合腔损失、叶片负载损失和尾迹损失是主要的损失源。由于上游混合腔的影响,带有混合腔的叶轮的压比和效率低均低于单独均匀进口叶轮情况,且其工况范围更窄。本文的结果可为新型合成气压缩机产品的设计提供参考。     

前缘弯掠影响子午加速风机内流的研究

本文采用三维Navier-stokes方程和k-ε两方程湍流模型,对前缘弯掠子午加速风机的内部流场进行数值分析。通过实验数据、设计参数与计算结果对比,验证数值方法模拟该转子内流场的可靠性。研究揭示了前缘弯掠叶轮的流动机制:前缘弯掠叶轮消除了基准叶轮前缘存在的回流,将端壁区域的低能流体吸收到叶片中部高能主流中,减弱了端部低能流体的聚集,从而减弱了流动损失和流动阻塞,前缘弯掠叶轮出口尾迹衰减比基准叶轮快。证明前缘弯掠改善了叶轮内流及前缘弯掠设计的有效性。发现弯掠叶片的静子在小流量工况,其叶片吸力面附近端壁的低能流体被主流携带往下游的二次流特征,改善了小流量工况下静叶的内流状态。     

混流式核主泵非定常流动特性的研究

基于LES模型模拟混流式核主泵在设计工况下的非定常特性,着重分析了叶轮进口处以及导叶接近出液管附近各流道内的非定常流动特征。研究表明:叶轮进口中心测点上叶频的三次谐波振幅相对较为明显,表明叶轮与导叶之间的动静干涉作用在叶轮进口中心处相对而言更加明显;导叶流道3与流道2相对压差较大,该流道正对球形壳体出液管附近,说明一个旋转周期内导叶的这两个流道内压力分布较为不均匀,其原因应与流道所处位置有关,在这两个流道附近存在较大的流动分离和回流;虽然在流道3内的压力系数波动最大,但叶轮对导叶流道3的干涉作用却相对于其他两个流道是最小的,进一步说明正对球形出液管附近的导叶流道内部流动较为复杂。     

无叶扩压器离心式压气机内旋涡运动的数值研究

本文的目的是用数值计算方法来研究离心式压气机叶轮内的旋涡运动。所用的数值方法是在工程热物理所发展的时间相关有限体积法．在流场计算的基础上,应用速度矢量、微团的面积和体积示踪、旋度和熵增等后处理程序与方法来研究与显示旋涡运动的存在与发展．文中用这些手段研究了离心式叶轮中的各类旋涡并给出了拓扑图,对于二次流动还给出了它的模型．     

叶轮机械内的分离旋涡流动

本文首先从粘性流体流动的基本涡量方程入手,对产生于旋转叶轮机械内的各类旋涡流动进行了深入细致的分析;在此基础上,分析描述了水洞模拟中典型叶片通道流场的各种分离旋涡流态,并对比了不同处理方法下这些旋涡流态的变化。通过上述的理论分析,以及结合实验研究工作中的结论,提出了减小旋转叶轮机械内分离旋涡流动的五点方法和结论,这些方法和结论对航空发动机和民用叶轮机械均有实践指导意义。