基于掺混面模型和非定常计算的多排叶片流动对比分析

目前在多排叶轮机械流动数值模拟中,基于掺混面模型的定常计算方法得到了广泛应用,同时非定常计算方法由于可获得更详尽的流动信息也日益得到重视。本文采用四种具有代表性的掺混面模型和非定常方法,分别对某单级跨音速压气机和某1.5级亚音速涡轮进行流动数值模拟,分析了不同掺混面模型对交界面和出口处气动参数守恒性、径向分布的影响;同时将掺混面模型结果与非定常时均结果进行了对比,以期寻找一种交界面守恒性好、计算鲁棒性强的掺混面模型。     

涡轮过渡段气动性能数值优化

采用CFD数值模拟方法对中档功率燃气轮机燃气涡轮与动力涡轮之间的涡轮过渡段进行气动性能优化设计.在原始涡轮过渡段流道及承力支板基础上,新设计进口导流叶片,优化过渡段流道,并采用Numeca软件Design3D 优化平台计算机自动寻优,数值模拟相对比较说明,新设计的涡轮过渡段气动性能满足指标要求.涡轮过渡段承接燃气涡轮、...     

加装旋转叶片T型通道内流动混合的数值模拟

本文采用大涡模拟方法对加装旋转叶片的T型通道内冷热流体流动混合过程进行了数值模拟研究.在主管支管管径比为2:1的条件下,探究旋转叶片对T型通道内冷热流体混合的影响机理.通过对比分析有无叶片的T型通道内温度场,发现加装旋转叶片能够加快通道底部和对称面两侧流体的温度混合从而缩短通道内的混合长度,同时能够减小y轴方向的平均温...     

涡轮叶片不同肋倾角交错肋冷却流动与传热研究

交错肋是航空发动机涡轮叶片的一种高性能内冷结构,为研究涡轮叶片内部交错肋冷却结构的流动和传热特性,针对30?、35?和45?三种肋倾角的交错肋结构进行了雷诺数在17000～70000之间的稳态传热实验和数值模拟研究。数值计算的有效性通过与实验结果进行对比得到充分验证。实验结果显示,在子通道个数和雷诺数均相同的情况下,平均Nu数和摩擦因子均随肋倾角的增大而增加;对比30?倾角的交错肋结构,45?倾角交错肋结构的平均Nu数增加了40.7%,摩擦因子增加了204.9%,综合传热性能提升了13.4%。数值计算结果显示,肋倾角的增大不仅增强了转向区域的冲击作用,而且加强了对侧子通道间的流动掺混,从而达到强化传热的效果。     

冷气掺混对高压涡轮流场结构影响的数值分析

燃气涡轮发动机中的冷气与主流掺混会带来一定的气动损失,造成发动机总体性能下降。本文在三维N-S程序的基础上,引入一种较为简单的冷气射流计算模型,对一级高压涡轮含有冷气掺混的三维流场进行了数值分析,揭示了冷气掺混对导叶流量特性及损失分布的影响,并通过涡轮叶片排二次流动结构的分析初步探讨了冷气掺混损失机理。     

三分螺旋折流板换热器壳侧流场温度场模拟

建立了三分螺旋折流板换热器壳侧流动与传热的数学模型,对其流场、温度场和压力场的数值模拟结果在多个纵剖面和横切片上进行了展示。可见在螺旋通道的轴心和靠近壳体的折流板外缘区域局部速度较高,在折流板背流面呈现出有利于强化掺混作用的回流区,流道内几乎没有流动死区;壳侧流体温度为稳步均匀下降趋势,并呈现从圆周的外缘向轴心方向逐渐递减;而压力场则呈现明显的周期性和阶梯性。     

混合板式换热器板通道的数值模拟研究

本文采用二维非稳态数学模型、周期性充分发展边界条件对混合板式换热器中的板通道内的流动和换热进行数值模拟。在Re=4407～22035工况范围内,计算了半圆型、半椭圆Ⅰ型和半椭圆Ⅱ型三种不同纵截面形状波纹板通道内的流动和换热性能。数值模拟结果分析表明,波纹通道内的流动会因为流体从凸面流向凹面时产生回流而形成涡,即产生扰动,强化了后面的换热,但同时增大了阻力。并得出半圆型通道换热最强,Nu为椭圆Ⅱ型的1.4倍;但其阻力最大,压降为椭圆Ⅱ型的1.9倍。     

叶片安装角偏差对涡轮通道内热斑迁移的影响

叶片的加工和安装偏差不仅直接影响到涡轮的性能,而且可能对叶片通道内热斑的迁移产生影响.为了研究这种偏差对热斑在涡轮中迁移及叶片热负荷等的影响,本文以某高压涡轮级为例,利用三维非定常数值模拟手段进行了研究.结果表明:动叶安装角的偏差对动叶中热斑的迁移如周向迁移有较明显的影响;而热斑迁移的变化将直接影响涡轮动叶压力面和吸力面的热负荷分布,最终影响涡轮叶片的寿命;并且热斑迁移的变化还导致下游支板通道内温度分布产生较为明显的变化,这有可能给发动机排气温度的测量带来偏差.热斑迁移的变化在涡轮的设计和故障分析中应予重视.     

某型燃机涡轮过渡段流场优化设计

通过对某型燃机涡轮过渡段流场的优化设计提高了其气动性能.同时针对于这类带有导流支板的涡轮过渡段的优化设计总结出了如下规律:过渡段导流支板的转折角宜小不宜大;其安装角度应尽量接近轴向;过渡段子午流道形状及导流支板的外型要相互配合以满足亚音速扩压流道的要求,而这种逐渐扩压流道的气动性能最佳.     

E3对转涡轮设计特点分析(Ⅱ)--过渡段不同方案的流场分析比较

本文以E3对转涡轮方案为背景,针对高压涡轮动叶设计难以满足低压涡轮预旋需求的难点,提出了取消低压涡轮导叶,改由过渡段支板弥补高压涡轮所提供预旋不足的过渡段改进设想.对过渡段支板不同改进方案和E3原方案进行了流场计算、气动性能比较及结构可行性分析.     

烧蚀支板对超燃冲压发动机燃烧室性能的影响

为了提高超燃冲压发动机燃烧室的性能,本文提出了燃料喷注支板与烧蚀支板组合的燃烧室新方案,并研究了新方案对超燃冲压发动机燃烧室性能的影响。相比于单燃料喷注支板方式而言,加入烧蚀支板后,虽然燃烧室内的总压恢复系数有所下降,但燃烧室内燃料与空气的混合效率、燃烧效率均有显著提高,燃烧效率的提高弥补了燃烧室内总压损失所带来的机械能损失,使得燃料喷注支板和烧蚀支板组合方式下的燃烧室比冲高于单燃料喷注支板时的比冲。     

涡轮桨搅拌槽内混合特性模拟研究

本文选用多重参考系法对搅拌桨进行模拟.对桨叶倾斜角度为90°(轴流型)、60°、45°和30°时混合效果进行比较,得到45°折叶涡轮搅拌桨的单位体积混合能最低.考察不同监测点对混合效果的响应情况,发现液面监测点混合时间稍长,桨叶部分监测点混合时间最短,随着桨叶倾斜角度增大,不同监测点混合时间差别变大.     

支板凹腔一体化超燃冲压发动机实验研究

本文针对以凹腔支板一体化燃烧室为基本结构的超燃冲压模型发动机在自由射流风洞中的性能,主要研究了燃料在不同位置喷入时,燃烧室几何结构/气动性能/燃料混合及燃烧特性的相互耦合,以及对发动机推力性能的影响.结果表明支板与凹腔的一体化在合理配置燃料分布情况下可以获得较好的发动机性能.     

缘线匹配对非定常流动影响初探

为深化缘线匹配对叶轮机非定常流动影响的认识,本文以关注尾迹撞击叶表展向轨迹为出发点,围绕缘线匹配对叶轮机非定常流动及性能影响进行了初步数值探索.研究表明:不同缘线匹配时叶片整体性能参数具有不同的脉动水平;给定缘线匹配下,整体性能参数脉动幅值随工况几乎不变或变化很缓;在设计点为达到降低某种脉动目的而实施的缘线匹配在非设计点同样有效;尽管微弱,数值模拟中还发现缘线匹配对上游尾迹随流掺混产生影响;缘线匹配严重影响时均相关项量值水平,尤其在叶尖、叶根和前缘附近.     

Computational Modeling of Boundary Layer Flashback in a Swirling Stratified Flame Using a LES-Based Non-Adiabatic Tabulated Chemistry Approach

When operating under lean fuel–air conditions, flame flashback is an operational safety issue in stationary gas turbines. In particular, with the increased use of hydrogen, the propagation of the flame through the boundary layers into the mixing section becomes feasible. Typically, these mixing regions are not designed to hold a high-temperature flame and can lead to catastrophic failure of the gas turbine. Flame flashback along the boundary layers is a competition between chemical reactions in a turbulent flow, where fuel and air are incompletely mixed, and heat loss to the wall that promotes flame quenching. The focus of this work is to develop a comprehensive simulation approach to model boundary layer flashback, accounting for fuel–air stratification and wall heat loss. A large eddy simulation (LES) based framework is used, along with a tabulation-based combustion model. Different approaches to tabulation and the effect of wall heat loss are studied. An experimental flashback configuration is used to understand the predictive accuracy of the models. It is shown that diffusion-flame-based tabulation methods are better suited due to the flashback occurring in relatively low-strain and lean fuel–air mixtures. Further, the flashback is promoted by the formation of features such as flame tongues, which induce negative velocity separated boundary layer flow that promotes upstream flame motion. The wall heat loss alters the strength of these separated flows, which in turn affects the flashback propensity. Comparisons with experimental data for both non-reacting cases that quantify fuel–air mixing and reacting flashback cases are used to demonstrate predictive accuracy.     

考虑风剪切的漂浮式风力机气动特性研究

波浪与风载的共同作用下,海上风电机组平台存在多自由度运动,同时伴随着海上复杂的风况,其气动特性变化较为复杂。以NREL5MW风电机组为研究对象,在风剪切来流下,依据波浪和风载的作用规律,研究平台纵摇和纵荡运动对机组气动特性和绕流场细节的影响。结果表明:平台运动会造成风电机组气动性能的周期性波动,而风剪切作用使得风电机组平均发电量降低并加剧功率和推力的波动。风剪切会增大纵摇运动过程中展向截面的法向载荷幅值且波动加剧,但会降低与功率输出有关的切向受力;风剪切作用推迟了纵荡运动过程中展向截面法向和切向载荷峰值出现时刻,加剧载荷的波动。外叶展截面的法向和切向力系数曲线出现平台,加剧了叶片疲劳载荷,减小了功率输出。     

光子晶体光纤四波混频光谱中相位匹配特性的研究

与传统光纤不同,光子晶体光纤可以具有多个零色散波长,在四波混频光谱中,具有更丰富的相位匹配特性。目前很多文献报道了光子晶体光纤非线性光学特性的实验结果,但对其产生机理及光谱的变化规律缺乏详细的理论分析。为此对光纤中四波混频原理进行了分析,给出了高增益的相位匹配条件。利用多极法计算了光子晶体光纤的非线性系数及色散特性。对具有多个零色散波长光子晶体光纤的相位失配特性进行了分析,得到了相位匹配波长随泵浦波长及泵浦功率的变化规律。给出了相位匹配曲线,分析了不同色散曲线的相位匹配波长特点,两个零色散波长光子晶体光纤,在四波混频光谱中将激发出四个新的波长。实验得到了两个零色散波长光子晶体光纤的四波混频光谱,与理论分析一致,验证了相位匹配理论的可靠性。多个零色散波长光纤,能产生丰富的相位匹配曲线,会出现更多的四波混频波长,可以有效的控制光孤子及超短脉冲的四波混频及共振散射产生的光谱特性。为光子晶体光纤中基于四波混频的波长变换及超连续谱的研究提供了理论指导。     

混流叶轮S2流面的展向掺混模型与应用

本文在S2流面流动方程中加入了"展向掺混"模型,模拟叶栅端部二次流动、湍流扩散等对局部低动量流体的展向输运效应。方法用于混流叶轮内流动分析,结果表明:由于混流叶轮子午流道的大曲率,叶轮端部的低动量流体在展向的扩散远大于轴流叶栅,叶轮出口的展向均匀化趋势更加明显。合理的选择掺混扩散系数,可以获得与三维N-S计算的周向平均值类似的子午面分布,从而提高了S2流面分析和设计的可靠性。     

Isospin tracing: A probe of nonequilibrium in central heavy-Ion collisions

Four different combinations of 9644Ru and 9640Zr nuclei, both as projectile and target, were investigated at the same bombarding energy of 400A MeV using a 4pi detector. The degree of isospin mixing between projectile and target nucleons is mapped across a large portion of the phase space using two different isospin-tracer observables, the number of measured protons and the tritium to 3He yield ratio. The experimental results show that the global equilibrium is not reached even in the most central collisions. Quantitative measures of stopping and mixing are extracted from the data. They are found to exhibit a quite strong sensitivity to the in-medium ( n,n) cross section used in microscopic transport calculations.     

带有锥度结构的同轴开槽布拉格反射器研究

本文提出在Kα波段圆柱过模结构绕射辐射器件(RDG)中引入一种带有锥度结构的同轴内开槽布拉格反射器.采用复功率守恒技术(CCPT)对该反射器的频率响应特性进行分析.研究了相位匹配段长度,波纹槽深及锥度对反射器频率响应特性的影响,分析了波纹初始相位对反射器选模特性的影响,发现该反射器具有良好的模式选择特性.本文的研究工作为同轴Bragg反射器结构的研究提供了重要的理论分析手段. 关键词： 同轴Bragg反射器 频率响应特性 复功率守恒 绕射辐射振荡器