考虑榫接接触刚度的叶轮耦合振动特性计算方法研究

对叶片轮盘典型榫接结构的接触刚度进行了分析,给出了叶轮间接触刚度的计算方法;建立了叶片轮盘榫接耦合计算模型,采用对称循环分析方法对叶轮进行振动特性计算,得到叶轮耦合结构在不同工作转速下的振型及频率;对叶轮耦合结构进行锤击模态试验得到实际频率值。本文计算值与实测值在前3阶的相对误差分别为2.38%、1.58%、3.18%,误差均较小,验证了本文方法的可行性。     

离心式叶轮流体激振响应及动态疲劳的研究

研究离心式叶轮的动力特性及流体激振下的稳态响应。讨论结构动态疲劳理论,认为流体激振激起了叶轮的共振,是动态疲劳,特点是激励频率高,幅值低,能量小,激起结构多个固有模态,主要是局部模态的共振。通过一个工程实际叶轮算例,研究动态疲劳破坏的机理。采用循环对称理论,计算叶轮的模态及离心力作用下的应力分布,对流体的压力脉动进行了频谱分析。将叶片表面的静压脉动作为载荷施加于叶轮上进行频率响应分析,得到叶轮在各频率成分激振力作用下的响应,最后根据频率响应的结果计算了叶轮的疲劳寿命,为叶轮疲劳破坏提供了分析依据和计算方法。     

水泵叶片表面三维边界层计算

本文用有限差分法计算混流式可逆水力机械水泵工况叶片表面的三维边界层。水泵叶轮中主流区的三维势流由直接边界元法计算。对于叶片面附近的粘性流动。用三维半正交坐标系中的边界层方程表示。为了提高计算精度采用贴体坐标技术生成边界层区域的计算网格。并利用Cebeci等变换函数及Keller差分格式离散方程。用分块解法求解。计算叶轮叶片表面的压力分布与相应试验结果进行了对比。     

透平机械离心压缩机和离心泵叶轮动力分析的三维旋转循环对称CN群算法

以离心压缩机叶轮为例,建立三维有限元模型,采用循环对称CN群算法计算了它的动力特性,详细讨论离心力作用下叶轮的应力状态,分析与轴连接的不同方式对叶轮应力的影响。应用循环对称算法能大大减少建模与计算的工作量,有很好的实用价值。计算结果表明,离心压缩机叶轮在旋转中,叶轮外缘应力比较高,轮盖上的应力较轮盘上的应力大,叶片根部容易产生应力集中,应采用适当的园角避免应力集中,过盈配合的叶轮内孔处应力比较大,需要确定合理的过盈量,既要保证叶轮不松动也要保证叶轮内孔处的强度条件。     

叶片型线对离心油泵性能的影响

以65Y60型离心油泵为研究对象，研究了液体不同粘度下叶片型线对泵性能的影响。首先，利用本课题组独立开发的准三元叶片设计程序以反问题方式设计了两种型线。这两种型线叶片前半部分与原一元叶轮叶片的型线不同、后半部分与一元叶轮相同。然后在不同粘度下将三个叶轮进行性能对比实验。研究表明，叶片进口附近的型线的改变对泵性能有较大影响；适当增大叶轮后盖板流面上的叶片流体动力负荷有助于提高离心油泵输送粘油时的水力性能。     

进口预旋对离心叶轮气动性能影响机理的研究

将理论推导和数值模拟相结合,对典型离心压缩机Eckardt叶轮流场进行分析,探讨了不同进气预旋对叶轮气动性能的影响;从叶片进口攻角、叶尖相对马赫数和流向压力变化的角度,阐述了预旋对内部流动以及气动性能的影响机理。结果表明:预旋角对进口攻角和叶尖相对马赫数同时产生显著影响,正预旋会降低进口来流的攻角及相对马赫数,使叶片前缘载荷降低、叶轮效率及稳定性提升;负预旋会提升叶轮的做功能力,使总压比上升;正预旋由于降低了叶片前部做功能力,使低压流体堆积到叶片中后部,导致总压比下降;叶轮最高效率受叶尖相对马赫数与进口攻角共同影响,若提升效率必须合理协调预旋对二者的影响。     

离心风机子午通道内湍流场数值模拟

由进风口－叶轮－无叶扩压器－蜗壳等部件组成的离心风机通道内流分析是非常复杂的，目前还只能是分别计算各部件内的流场，但必须考虑部件间的相互影响。本文采用轴对称Ｎ－Ｓ方程，根据三维叶轮通道计算给出的叶片力分布，求解了考虑叶片力的进风口－叶轮－无叶扩压器组成的子午通道问题，所得结果可用来给出三维叶轮通道计算的进口条件，并可用于优化设计进风口及叶轮前、后盘形状。该方法已得到实践检验。     

离心式风机转子叶片上脉动力分析

本文由薄翼阵风响应理论建立了任意频率和相位谐振动的二维离心式叶轮叶片上不稳定脉动力及力矩的计算模型，利用声辐射方向可予测离心风机叶轮的辐射声功率。采用自由声场法对离心风机噪声进行了实测，实测值与子测值吻合较好。     

离心式压缩机扩压器叶片不稳定脉动力分析及其辐射噪声研究

根据薄机翼理论，本文推导出在周期性阵风作用下扩压器环形叶棚叶片上不稳定脉动力计算公式，并可分析离心压缩机几何及气动参数对不稳定力的影响，利用调制理论，建立了一个可用于预测离心压缩机叶轮尾迹与叶片扩压器相互作用而导致的辐射声功率，给出其谐波及宽噪声的计算公式，计算与试验结果吻合很好。     

离心压气机的堵塞与喘振

本文在离心压气机试验工作基础上对堵塞与喘振现象进行了分析,介绍了计算叶片扩压器与叶轮堵塞流量的方法以及设计中导风轮进口喉部面积与叶片扩压器喉部面积应保持的正确比例。计算结果与试验数据进行比较获得了较好的一致性。本文还介绍了叶片扩压器与叶轮流道静压分布的测量结果,并结合试验现象运用边界层概念对离心压气机喘振问题进行了分析。      

离心压气机工作特性及内部流动的试验研究

本文在总结试验工作的基础上,讨论了离心压气机发生堵塞、喘振的现象及压气机特性曲线上高效区所在位置等问题;介绍了叶轮后的无叶扩压段及叶片扩压器中静压分布的测量结果;提出了叶片扩压器的简化流动模型。      

一组低转速径流式压气机叶轮三元流动参数分布的计算及与实验数据的对比

本文采用构造叶片面的上下游延伸流面,在接长了的叶轮通道内,用准正交面法计算径流式压气机叶轮三元流场。用于计算S.Mizuki低转速叶轮二个流量系数情况下的流场,对无分离的B型叶轮,计算结果与实验数据符合得相当好;对分离严重的A型叶轮,计算结果亦可对分离区的产生提供合理的解释。本方法可应用于径流式压气机叶轮变工况流场分析。     

离心压缩机径向吸气室的流动损失分析和改进设计

为提高在径向吸气务件下的离心压缩机性能,在吸气室内采用分流叶片方法控制径向吸气导致的畸变流动.结果表明,分流叶片虽然增加了吸气室内的流动损失,但是能够降低叶轮进口进气畸变,改善叶轮叶片受力分布及提高压缩机级的性能.在此基础上,进一步通过改进分流叶片叶型而减小流动分离损失,提高了压缩机的级性能.     

柴油机废气涡轮增压器压气机的气动噪声源特性研究

基于雷诺时均方程(RANS)及双方程湍流模型,建立了船用大功率增压器压气机的内部流场计算模型;计算了压气机叶轮流道内的流速分布和湍流流场,得到叶片顶部出口附近的流速分布在1.02马赫和1.1马赫之间;采用基于声比拟的数值积分方法(FW-H方程),得到了压气机叶轮的气动噪声源,并比较了主叶片和分流叶片顶部出口位置的气动噪声频谱特征,发现两者的噪声级及叶频分布存在差异。计算表明:压气机在轴频及其谐波频率处的噪声远小于叶频噪声,主流叶片及分流叶片紊流的噪声成因不同;压气机内部流噪声源的大小主要取决于气流速度;压气机转速由8000r/min增加至16000r/min、由16000r/min增加至22000r/min,流噪声的幅值约增加12dB。     

离心叶轮气动声场的数值计算与分析

采用SIMPLEC算法对Ghost叶轮的三维非定常流场进行了数值模拟。利用计算所得流场结果并结合Lighthill和Lowson声学方程计算了由叶片表面非定常脉动力产生的气动噪声。计算结果表明:气动噪声的峰值主要集中在基频及其谐波附近;与静止的点声源相比,运动的点声源不仅使声场存在明显的多普勒效应,还会使声场的强度产生较大的变化;但对转速恒定的旋转点声源,加速度的变化对声场的影响可以忽略;从声场的分布来看,整个旋转叶轮可以看成是一个按简谐变化的偶极子源,数值计算结果与理论分析的结果吻合良好。     

级环境下叶片扩压器流场的实验与数值研究

为了研究离心压缩机级环境下的非定常干扰的基本流动现象,并验证多级叶轮机械的CFD软件的分析能力, 对一大尺度离心压缩机的叶片扩压器流场进行了实验测量和数值计算. 实验采用了固定热线、相位锁定------系综平均技术,用常温热线风速仪对叶轮后的叶片扩压器通道内不同周向、径向和轴向位置处的非定常速度进行了测量,同时提出了非定常强度的概念,以定量考核非定常的影响.实验结果表明, 叶片扩压器内的非定常流动非常复杂,其时间周期并非叶轮叶片通过时间,随着与离心叶轮之间的距离增大,非定常扰动逐渐减弱,但一直延续到叶片扩压器的出口.另外,对该实验压缩机级开展了两个不同的数值计算,并与实验数据进行了比较：定常数值计算软件采用了作者发展的确定应力模型,非定常数值计算是用商业软件NUMECA实现的,计算采用了滑移界面技术. 两个计算结果与实验在扩压器的进口截面处吻合得很好.     

离心式渣浆泵叶轮磨损规律研究

在实验室条件下对离心式渣浆泵叶轮的磨损规律进行了研究，并对泵轮叶片间流道的颗粒运动轨迹进行数值模拟。探讨了磨粒浓度、泵转速、叶片几何参数、运行时间及磨粒粒径对泵轮磨损的影响。研究表明：叶片的磨损强度与泵轮转速呈５次方关系，叶片进口角对磨损强度影响明显，出口角对磨损强度影响不大，研究结果对渣浆泵的设计具有重要的参考价值。     

一种微型轴流风扇扭叶片设计方法及其气动特性的数值研究

本文利用"径向平衡"原理,建立了轴流叶轮出口通流速度沿叶高的分布方程,并基于此提出了一种新的扭叶片设计方法.将该方法运用于某微型风扇的设计,并采用CFD技术,数值研究了不同扭曲形式下该型风扇的气动特点.通过与用传统方法设计的扭叶片及原始直叶片的气动性能的对比发现,按本文提出的方法所设计的扭叶片不仅能扩大微型风扇小流量稳定工况范围,而且其风压明显增加,有助于提高微型风扇的气动性能.     

大型离心叶轮振动模态局部化特性研究

为了研究目前工程中大型流体机械离心叶轮出现的局部疲劳破坏的机理,基于现有的有限元分析方法,结合模态分析等动力学理论以及叶轮所承受的气流激励,对其动力学特性进行了研究。着重研究了离心叶轮这类周期循环对称性结构具有的不同于非周期循环结构的特殊动力学性质以及该特殊的动力学特性与叶轮疲劳破坏的联系。研究发现其存在频率通带(passbands)、频率禁带(stopbands)现象,并出现了振动模态局部化现象。另外,叶轮的动力学特性对其周期性结构失谐特别敏感,该类失谐可来自由制造误差、材料和使用中磨损出现的不均匀等多种因素。对于协调结构,在一定条件下(如系统具有高密集模态),很小的失谐量(1%)就可使结构振动模态产生急剧变化,从而出现振动模态局部化现象。对于所研究的机组,当进口预旋器导致的流体激振频率(1166.7Hz)接近叶轮的由第12阶～18阶固有频率组成的禁带(1020.3～1054.5 Hz)时,数值分析结果显示叶片进口部位出现了振幅较大的振动,与该机组实际破坏的部位相符。研究结果表明所使用的振动模态局部化分析方法能够揭示叶轮发生疲劳破坏的原因,即是一类共振型疲劳破坏现象。     

离心泵叶轮内密相液固两相湍流的数值模拟

利用作者建立的描述密相液固两相湍流的 KET模型和推导的基本控制方程组 ,在处理壁面边界条件时考虑了颗粒和叶片的相互碰撞作用 ,对离心泵叶轮内密相液固两相流动进行了数值模拟 ,得到了泵叶轮内两相流动的一些规律 ,为液固两相流泵的设计提供了一定的理论依据。