3MW叶片翼型设计与气动特性分析

对于大功率叶片的设计研究,翼型的选择和气动特性分析是重要内容。考虑到叶片的整体结构和气动特性,叶片在主要输功区域布置了风力机专用的DU系列翼型,叶尖部分布置NACA64系列翼型,能满足雷诺数较大,阻力小的要求。在确定截面翼型的基础上,结合Wilson理论设计模型初步算出翼型的轴向、周向诱导因子,叶尖、轮毂损失因子等具体...     

串列叶片式前向离心风机气动与噪声特性的优化研究

对采用串列叶片的某前向离心风机内部三维非定常流动进行了数值计算,重点研究了串列叶片不同叶片相对长度和不同叶片相对周向位置两个参数对风机气动性能及气动噪声的影响.通过响应面方法对数值结果进行二次回归拟合,得到两个参数与风机效率和A声级间的函数关系,并进行了优化分析.数值结果表明:两个参数对串列叶片式前向离心风机效率和A声级均有较大影响,合理的串列叶片设计能够在保持气动性能基本不变的情况下降低风机的气动噪声.将可靠的CFD数值技术与响应面方法结合起来用于指导离心风机的改进及试验设计是可行的,本文的研究结果可为串列式离心风机在节能与降噪的总体设计方面提供参考.     

基于Schmitz理论的风叶气动设计研究

应用Schmitz理论进行叶片气动设计,考虑了风力机叶片的气动损失,用Schmitz理论推导出风力机叶片的基本设计参数的计算公式,并考虑了风力机在启动和空载时风力机的实际工作点偏离了设计点,对叶片的气动性能参数进行了修正。通过对200kW风力机的算例表明:随着叶片半径的增大,入流角逐渐减小;叶片弦长先增大后减小,修正后得到的风力机在非设计点处的推力、驱动力矩、功率与实际风力机的特性规律相符。     

零质量射流下波浪前缘叶片气动性能数值研究

针对垂直轴风机叶片大攻角工况下因流动分离导致的失速及颤振抖振问题, 引入零质量射流激励对波浪型前缘叶片进行流动分离控制. 采用大涡模拟方法建立了波浪前缘叶片绕流数值模型, 探究了主/被动耦合控制下叶片升阻力特性及其流动分离机理, 分析了射流参数(射流位置、动量系数)对波浪前缘叶片气动性能及失速特性的影响机制, 研究发现: 受控前后大攻角下波浪型前缘能诱导产生较小尺度流向涡, 降低后方大分离涡尺度, 波浪前缘与零质量射流耦合控制对于大攻角下流动分离抑制较单一控制更优; 零质量射流吹气时使前缘流向涡有更高的动能抵抗逆压梯度从而延迟流动分离, 吸气时会吸走流向涡的低动量流体, 抑制流向涡发展成大分离涡; 射流布置在距基准前缘0.033c处, 即位于前缘流向涡最前端, 能最大程度地参与前缘流向涡的生成, 升阻比的提升效果最好; 且升阻比提升量随着动量系数增大而增大, 但控制经济性在动量系数0.018时最优, 研究结果为垂直轴风力机失速控制提供了有益参考.

     

一种高效的叶轮机叶片气动阻尼计算方法

运用叠加原理, 发展了一种可以运用于小振幅运动的叶轮机叶片非定常气动力降阶模型, 并将该模型与传统的能量法相结合, 提出了一种叶轮机叶片气动阻尼的高效求解方法. 运用该方法求解叶轮机叶片的气动阻尼系数, 对某个频率、某个模态只需要进行一次非定常计算, 就可以求出所有叶间振动相角下的气动阻尼系数, 提高了气动阻尼的求解效率. 在STCF4和NASA Rotor67两个算例上运用非定常雷诺平均N-S(RANS)方程和提出的降阶模型进行了对比计算.算例表明, 在小振幅下该方法的计算结果与RANS方程计算得到的气动阻尼系数能很好地吻合, 而计算效率相比多通道非定常RANS方程计算提升了近一个数量级, 并且该方法还可以运用于有失谐情况的颤振分析, 在工程上有较高的应用价值.      

湍流风况顺桨风力机叶片气动阻尼特性研究

当前风电技术大型化发展,叶片气弹失稳问题特别是特殊工况下的稳定性问题成为国内外各界关注的热点和难点.湍流风况下顺桨风电叶片气弹稳定性直接影响风电机组的安全可靠性.气动阻尼是叶片稳定性判断的重要指标.为探究湍流风况顺桨风电叶片气弹失稳特性规律,以NERL 5 MW风力机叶片为研究对象,基于修正叶素动量理论、欧拉-伯努利梁模型和气动阻尼计算方法,建立顺桨叶片气动阻尼计算模型,采用Kaimal湍流风模型进行瞬态分析,获得风况参数对风力机叶片气动稳定性的影响规律及叶片的气动失稳概率,为大型风力机叶片气弹稳定性设计与控制提供参考.结果表明:顺桨叶片气动阻尼在全周风向上呈180°周期特性,且25°风向为相对危险工况;风速越大气动阻尼负值越显著,气动不稳定风向范围越大,失稳概率越大;湍流强度增加,一阶挥舞气动阻尼下限降低幅度明显,气动不稳概率增加;湍流风况下顺桨叶片平面外方向的失稳概率较平面内方向更大,且两个方向失稳概率曲线呈相似周期性规律.     

一种考虑薄壁散射效应的声学计算模型

采用薄壁边界元/FW-H理论混合方法建立了考虑薄壁声学散射效应的数值计算模型.这种声学计算模型可以预测存在薄壁如风扇机匣、蜗壳等条件下的声波的传播及散射问题.计算模型的建立主要包含噪声源的计算和声源的传播两方面:首先建立FW-H的频域方程,并采用计算流体力学方法计算流场,通过流场数据计算气动噪声源;然后采用薄壁面边界元法计算固壁对声波的散射,并计算声波在固壁散射后的声场分布.数值计算结果和实验结果及经典的叶轮机管道风扇噪声理论进行了对比,结果表明,这种计算模型与理论计算结果及实验结果吻合较好,可以准确的预测机匣壁的散射效应对声源传播的影响.     

轴对称再入舱模型气动热特性数值模拟研究

应用基于块结构网格的有限体积求解方法,对热化学非平衡环境下轴对称再入舱模型的气动热特性进行了数值模拟。控制方程为带化学反应的多组元轴对称N-S方程,空间离散采用VanLeer迎风格式,时间推进为隐式LU-SGS格式;采用7组元7化学反应模型及Park双温模型模拟再入流场的热化学非平衡效应。对Hollis MP-1模型的气动热特性进行了数值模拟,分别就网格效应、湍流模型、流场的热力学性质对流场的气动力、热环境的影响进行了深入研究。研究结果表明:SST模型与k-w1998模型能更准确地计算再入流场热流峰值的位置与大小;在再入舱模型的局部区域,采用热力学非平衡模型计算的物面压强与热流结果要明显低于热力学平衡模型的结果。     

高速磁浮列车近场气动特性及其诱导噪声的数值仿真研究

磁浮列车具有高速性和非接触性,其噪声水平主要依赖于近场气动特性.本文中针对某型号三编组高速磁浮列车,基于Lighthill声学理论,应用大涡模拟法(LES)和FW-H声学模型,仿真分析了1:10列车缩比模型在600 km/h明线工况下的稳态气动特性及瞬态气动噪声激励源特性.结果表明：高速磁浮列车车头与车尾鼻尖位置呈现等压线密集、压力梯度大现象,且车头鼻尖处压力值明显高于车尾鼻尖;列车表面声功率级最高可达155 dB,主要噪声源产生在车头鼻尖区域、表面曲率发生较大变化位置;低频段下列车车头与车尾表面对应位置监测点的声压级分布规律相同,且车头鼻尖位置监测点声压级高于车尾鼻尖,车头与车尾向车身过渡位置两监测点声压级在低频段有明显波动.文中所得研究成果,可为高速磁浮列车车内噪声计算以及为后续低频噪声优化提供一定的科学依据和指导,实现乘客对乘坐舒适性要求.     

一种液压气动中应变率拉伸试验机研制及其试验研究

中应变率(10^{0s-1~102s-1)条件下材料的动态力学性能是汽车碰撞、外物对飞机和高铁的撞击、金属加工等碰撞领域的主要关注点之一,而可靠有效的试验装置是解决问题的关键。因此本文研制了一种液压气动中应变率材料拉伸试验机,并给出了其组成、运行原理以及载荷、应变的测量方法。利用该试验机进行了奥氏体不锈钢和铝合金的中应变率拉伸试验,试验结果表明：该液压气动拉伸试验装置能有效进行材料的中应变率拉伸试验,实现了载荷和应变的有效测量。}     

离心风机叶片型线的一种二维逆命题简便设计方法

由于加工工艺和生产成本等因素的影响，离心风机中至今仍普遍采用二维叶片。本文方法通过控制叶轮内相对速度Ｗ沿平均流线ｍ的分布（Ｗ－ｍ分布），使气流相对速度在流动过程中按照设计要求的规律均匀变化，在叶轮回转面上设计出前向或后向叶片型线。为提高设计质量，可将叶轮子午面盘盖型线的设计与回转面上叶片型线的设计联系起来，使二者共同满足控制Ｗ－ｍ分布的需要。设计过程中可同时计算出叶片负荷供修改Ｗ－ｍ分布时参考。本     

基于Euler方程和离散共轭方法的气动外形优化设计

对于基于梯度信息的优化设计方法,很重要的一点是快速准确获得目标函数对设计变量的梯度.本文采用离散共轭方法计算目标函数关于设计变量的梯度,流动控制方程为三维Euler方程.对于离散共轭方程和流动控制方程均采用LU-SGS方法求解.算例表明,该方法能快速准确地获得目标函数的梯度.本文采用该方法进行了机翼和全机优化设计,成功地减弱了激波,降低了总阻力.算例证明了本文方法可靠性好,收敛快.     

Theoretical and Numerical Investigation of Gas Lubrication Processes on the Basis of Aerodynamic Equations

The dimensionless parameters of the complete system of Navier-Stokes equations of a compressible gas are estimated with reference to a typical gas bearing. It is found that the three-dimensional compressible boundary layer equations should be used as the determining equations for describing gas lubrication processes. After introducing certain assumptions with respect to the dimensionless parameters in the determining equations, an equation for the pressure, the generalized Reynolds equation, is obtained.Use of the spectral method of analysis makes it possible to transform the generalized Reynolds equation into a system of ordinary differential equations. An analytic solution of the entire boundary value problem is obtained for a journal bearing with fairly small eccentricity. By comparing the numerical results obtained using both the solution of the generalized Reynolds equation and the traditional theory it is possible to estimate the effect of the inertia forces, dissipation processes, and heat transfer.     

叶轮机中振动叶片非定常气动力的研究

采用“单一叶片振动方法”代替传统的“全部叶片振动方法”，用线性化的方法推导出计算振动叶片非定常气动力（引起叶片弯曲振动）及力矩（引起叶片扭转振动）方程。通过输入叶型及气流参数，它可以方便有效地估计出作用在振动叶片上的非定常气动力和力矩，以及振动叶片不稳定工况发生的条件和范围。并在氟里昂超音速风洞上进行了实验测量，结果表明，理论计算结果与实验测试结果符合较好。     

气浮动压轴承的静特性数值计算与实验研究

为了实现对气浮动压轴承的静特性能进行研究,文中提出并设计了一种圆锥型气浮动压轴承.在数学模型建立的基础上对其求解域进行了保角变换和斜坐标变换,运用局部积分有限差分对控制方程在斜坐标系下的差分式进行了推导,利用VB对控制方程的静特性进行了数值计算求解.结果表明:螺旋槽能很好实现气浮轴承动压效应,轴承的转速N对其动压效应影响比较大,转速N越高其动压效应越明显;轴承的螺旋角和槽深比对轴承的静特性的影响存在一个最佳参数,轴承的槽数和槽宽比增加到一定值后继续增大对轴承的承载力的影响不明显.实验结果与数值计算结果进行了比较,两者基本一致,为气浮动压轴承的研究与发展提供了一种新结构和新思路.     

Numerical Study of the Aerodynamic Performance of a Train with a Crosswind for Different Embankment Heights

A numerical study using improved delayed detached eddy simulation (IDDES) was used to investigate the influence of the embankment height on the aerodynamic performance of a high-speed train travelling under the influence of a crosswind. The results of the flow predictions were used to explore both the instantaneous and the time-averaged flows and the resulting aerodynamic forces, moments and slipstreams. An increase of the aerodynamic drag and side forces as well as the lift force of the head and middle cars were observed with rising embankment height. While the lift force of the tail car decreased with the increasing embankment height. Furthermore, the height of the embankment was found to have a strong influence on the slipstream on the leeward side of the train. The correlation between the embankment height and the slipstream velocity on the windward side, was rather small. The flow structures in the near-wake of the leeward side of the train, responsible for the aerodynamic properties of the train were analyzed, showing strong dependency on the embankment height.

     

遗传算法的一个改进及其在气动设计中的应用

提出一个概率型二值搜索思想,驿标准遗传算法进行改进,改进是在原算法中增设一个概率型二值决策步。在该步中,首先通过计算种群中每个个体以体（二值串）各分量的适应值,统计染色体分量所在位置（基因位）取值的历史表现,由此给每个分量们赋予一个分值;然后,利用该分值以概率方法产生若个干新个体,并加入新代种群能与进化。由于分量位分值包含全局收敛信息,以此为基础产生的新个体可望具有良好素质,从而提高收敛速度,这在     

A New Model for the Dynamics of Dispersions in a Batch Reactor: Numerical Approach

In this paper, we develop some considerations concerning the structure of coalescence, breakage and volume scattering kernels appearing in the evolution equation related to a new model for the dynamics of liquid–liquid dispersions and show some numerical simulations. The mathematical model has been presented in [3, 4], where a proof of the existence and uniqueness for a classical solution to the integro–differential equation describing the physical phenomenon is provided as well as a complete analysis of the general characteristics of the integral kernels. Numerical simulations agree with experimental data and with the expected asymptotical behavior of the solution.     

Numerical Investigation of Unsteady Transitional Flows in Turbomachinery Components Based on a RANS Approach

This paper presents results of the numerical simulation of periodically unsteady flows with focus on turbomachinery applications. The unsteady CFD solver used for the simulations is based on the Reynolds averaged Navier–Stokes equations. The numerical scheme applies an extended version of the Spalart–Allmaras one-equation turbulence model coupled with a transition correlation. The first example of validation consists of boundary layer flow with separation bubble on a flat plate, both under steady and periodically unsteady main flow conditions. The investigation includes a variation of the major parameters Strouhal number, amplitude, and Reynolds number. The second, more complex test case consists of the flow through a cascade of turbine blades which is influenced by wakes periodically passing over the cascade. The computations were carried out for two different blade loadings. The results of the numerical simulations are discussed and compared with experimental data in detail. Special emphasis is given to the investigation of boundary layers with regard to transition, separation and reattachment under the influence of main flow unsteadiness. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.