叶轮机械动静叶片排非定常气动干涉的数值模拟

本文采用一种分区算法求解二维Navier-Stokes方程,对叶轮机械多级叶片排内的非定常流场干涉进行数值模拟。在探讨分区计算对于复杂通道内流场和动静叶列非定常干涉作用数值计算的必要性和重要性之后,针对某蒸汽轮机跨音速叶片组进行了数值分析,得到了典型的动静叶间非定常干涉流动图谱、作用于叶片的非定常气动力及其频谱特征。计算结果表明。本文提出的计算方法是合理有效的,为今后进行大规模动静叶非定常气动计算和基于非定常数值模拟的工程设计提供了可靠的依据和有用的工具。     

基于时间倾斜法的动/动干涉非定常模拟

对转压气机去掉静子部件其非定常脉动较常规压气机非定常脉动更强。本文采用时间倾斜法处理非定常模拟中前后两排叶片栅距不相等的间题,通过对N-S方程的时空转换,发展了相邻两叶排任意转速下非等栅距的非定常时间精确算法,将该方法拓展为适用于超常规动/动结构叶轮机械内的非定常流动的计算。对某对转压气机之间动/动干涉的非定常流场进行的计算表明:本文所发展的非等栅距非定常时间精确算法以较低的计算代价真实反映了对转压气机内部的非定常特性。     

汽封泄漏流动对透平叶片级通道

本文采用作者发展的叶轮机械通用计算程序GAP10程序对带汽封结构反动式透平叶片级流场进行三维数值模拟,分析了汽封泄漏流动进入叶栅通道后动叶片通道的流场结构,并讨论了泄漏流动对通道二次流动发展方式的影响.     

串列式叶栅扩压器非定常流动研究

采用数值模拟方法,对串列式叶栅扩压器中的非定常流动进行了研究。结果表明,带串列式叶栅扩压器的离心压气机内部流动是以强非定常的三维黏性主流和缝隙流动为主要特征,串列式叶栅扩压器内部流动存在明显的非定常性,压力脉动的传播在前排叶栅通道内衰减很快。扩压器前排叶片通道内压力脉动的主频为叶轮叶片通过频率。后排叶片前缘附近压力脉动的主频变为0.5倍叶频。串列式叶栅扩压器进口的压力脉动主要受到叶轮的激励作用;串列叶栅间隙处,随主流输运而来的叶轮尾迹与缝隙流、前排叶片尾迹相互干扰与叠加,成为后排叶片前缘压力脉动新的激励。相比于近叶根、叶尖处,前排叶片前缘中间叶高处的压力脉动受到叶轮主流和分流叶片尾迹的激励作用更强烈。     

单级跨音压气机非定常伴随气动优化

在多排叶轮机械中,动静叶干涉会在流场中产生强烈的非定常效应。公开文献中现有的多排叶轮机械气动优化设计均采用基于混合平面法的定常模型,无法考虑流动的非定常特性。本文采用课题组自行开发的多排叶轮机械非定常伴随气动优化系统,对某单级跨音压气机动叶进行了非定常气动优化设计,优化过程中采用谐波平衡法高效求解非定常流场和非定常伴随场。优化目标为降低压气机级的进出口熵增,同时限制流量和压比不低于原始设计,并控制叶片最大厚度的变化幅度。优化结果表明,本文伴随气动优化系统能够高效地对多排叶轮机械进行非定常气动优化设计。     

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。     

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。     

叶片数及分流叶片位置对压气机性能的影响

应用三维粘性计算程序对存在叶顶间隙泄漏时带分流叶片的离心压气机内部流动进行了数值模拟,重点分析了叶片数及分流叶片处于不同位置对压气机级内三维粘性流场及级性能的影响。计算中采用中心差分格式结合B-L代数模型使用时间推进法求解雷诺平均N—S方程。计算结果表明:叶片数增加,叶轮进口阻塞增加,压气机性能下降,但可有效降低叶轮单个叶片的载荷。分流叶片位于不同位置时,应用IBSA叶轮的压气机效率最高,压气机性能最好。     

基于滑移网格与RNG湍流模型计算泵内的动静干扰

本文利用三维Navier-Stockes方程和RNG湍流模型,在转动与静止部件间采用滑移网格技术建立交互界面,对泵内动静干扰引起的三维非定常湍流进行了计算,得到了旋转叶轮与固定导叶间流体的湍流特征。从计算结果可知,静叶与动叶间各点的压力脉动频率成分一致,且幅值沿周向呈正弦变化规律。这说明利用滑移网格技术及RNG湍流模型,可以模拟三维非定常动静干扰流动问题。     

跨音速离心叶轮叶尖区域流动的数值分析

本文以压比为6.1的跨音速离心叶轮为研究对象,采用定常和非定常数值模拟分析了叶尖区域激波与泄漏涡的相互作用和泄漏涡的非定常特征。随着流量减小,激波与泄漏涡的相互作用增强,最终导致泄漏涡破裂。小流量下泄漏涡的破裂引起叶片载荷的变化,叶片载荷的变化反过来影响泄漏涡的强弱,如此形成一个非定常循环过程。单通道模拟得出非定常流动的频率为0.668 BPF,双通道和三通道模拟得到的频率则为0.88 BPF。但三种模型得出的非定常机理相同。     

轮缘密封整周模型流动与封严特性数值研究

本文通过求解SST湍流模型以及三维Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes(URANS)方程,研究了单级轴流透平轮缘密封整周模型的流动与封严特性。分析了不同冷气流量下的封严效率与压力波动的变化,并通过与仅保留静叶和仅保留动叶的简化模型比较,分析了动静叶对主流与盘腔内压力波动的影响。结果表明:盘腔内部封严效率存在周向波动但无明显周期性规律,主流与盘腔内的压力周向波动受动静叶的影响,存在明显的周期性规律,静叶下游压力波动周期数等于静叶数,动叶上游与盘腔内部压力波动周期数等于动叶数。     

叶片扩压器进口安装角对离心压缩机性能影响的数值与实验研究

对不同扩压器进口安装角下离心压缩机的性能进行了实验研究,并详细计算分析了相应的流场分布。分析表明, 不同的进口安装角对压缩机的流动有较大的影响,压缩机的性能曲线也有不同程度的左右偏移;进口处较大的正冲角和负冲角均会在扩压器叶片表面出现大尺度的分离涡团;在给定的流量工况下,应存在一个最佳的进口安装角,使得扩压器效率最高;设计工况下,最高效率所对应的冲角并非为零。     

Three-dimensional magnetic field enhancement in a liner implosionsystem

The magnetic field enhancement is calculated for a magnetically imploded liner system that has flux excluding radial vanes. For the thinnest vane tested the field is found to concentrate at the vanes to a maximum value of almost three times its ambient value with a corresponding temperature increase well above the melting point. These values are calculated using the three-dimensional magnetohydrodgnamic code, MACH3. Calculations are performed for three vane thicknesses, and the vane movement is estimated. A bound is established on the design specification of the vanes based the disruption of current delivery to the liner due to the movement of the vanes     

使用确定应力模型研究离心压气机叶片相互作用

离心压气机叶轮和扩压器叶片间空隙很小,在无叶区和半有叶区的流动非定常特性十分明显。特别是离心叶轮出口通常的射流／尾迹流动使得有叶扩压器进口在时间、空间两个尺度上都存在十分强烈的不均匀性。叶轮和扩压器叶片间的相互作用,历来都被认为是影响离心压气机效率和稳定工作范围的重要因素。本文引入确定应力模型和改进的计算域延伸方法,计算了Ｋｒａｉｎ离心压气机组的流场,着重分析了叶轮出口无叶区、半无叶区等叶片间相互作用最强烈的区域的复杂流动现象。     

Flow structure of the entrance of a T-junction duct without/with a circular cylinder

The flow characteristics of the trailing edge of vertical vanes installed at the intersection of a T-junction duct were experimentally investigated using particle image velocimetry. The measured velocity field in the branch duct with/without single circular cylinder was studied under different cross velocities and velocity ratios. Additionally, the effect of the locations of cylinder on the flow field was discussed. The positive velocity region, the unsteady flow region and the trailing edge flow region of the vane, have been observed. The positive velocity region existed in almost one half of the measured area. As for the unsteady flow region, the unstable double-vortex structure transformed into a single-vortex structure as the velocity ratio increased. As for the trailing edge flow region of the vanes, the vortex streets could be visualised. Furthermore, the location of cylinder has revealed significant influence on the flow distributions in the trailing edge flow regions of the vanes. The flow structure without cylinder in the measured area is dependent on combinations of the cross velocity and velocity ratio, whereas that with cylinder is dependent on the velocity ratio. The vorticity fields were analysed in each region, and the velocity components revealed the cause of airflow trajectory.     

Effect of inlet duct contour and lack thereof on the noise generated of an axial flow fan

This study concerns the unsteady flows in turbomachines in general, and the aeroacoustics of fans in particular. The principal objective of this paper is the determination of the influence of the upstream environment on the acoustic and aerodynamic behavior of axial fans. After analysis of the various sources of noise present in turbomachines, interest is focused on the influence of the disturbances of the velocity field at the suction. Accordingly, the effect of the presence of a contoured duct and a lack thereof at the inlet of an axial flow fan is analyzed . The results show the strong involvement of the upstream turbulence level in the generation of the noise, and in particular, of broadband noise.     

铁磁性加载复合管壳电子注聚焦性能的研究

大功率行波管通常利用复合管壳提升高频系统的集成度和散热特性。宽带行波管采用复合管壳高频制造工艺时,由于加载翼片含有铁磁性材料(纯铁)使得聚焦系统的横向磁场分量变大,径向和角向磁场分量呈非均匀性,电子注聚焦困难。本文研究了周期永磁聚焦系统横向磁场产生的原因并建立理论模型,并对磁场分量和其对电子注形态的影响进行了仿真,仿真结果与理论计算结果一致。根据横向磁场分布模型对加载翼片的形状和数量进行优化仿真,结果表明9片齿形加载翼片方案可在保持慢波电路参数的同时,降低聚焦系统的横向磁场分量,改善电子注聚焦效果。     

星载遥感器的挡光环优化设计与分析

空间光学系统的工作环境非常恶劣, 特别是在卫星本地时间的白天。太空中的太阳光、地气光以及各种热辐射构成了严重的背景噪声, 威胁着空间光学系统的成像质量, 甚至导致空间光学系统因无法成像而失去探测能力。挡光环的出现大大改善了背景噪声带来的不良影响, 可以直接阻挡视场外杂光, 从而影响着系统的杂光抑制能力。然而, 由于挡光环的尺寸较小, 当光线入射到挡光环的边缘时就会产生严重的衍射效应, 这种衍射效应对改善表面材料的散射特性起了反作用。因此, 怎样设计结构合理的挡光环成为了遮光罩设计中的重要环节。本文将机械设计中的聚焦组合创新方法应用到空间光学系统的挡光环优化设计中, 提出了新型结构的挡光环。通过与已有挡光环的结构形式做比较, 经计算机仿真, 验证了该新型结构挡光环的抑制杂散光的优越性, 为我国星载遥感器的挡光环设计提供一种新的方法。     

风力机叶尖加小翼流场的试验研究

叶尖加小翼可以提高风力机的功率系数.本文在风洞开口试验段利用PIV技术,对旋转风力机叶尖加装V型小翼时叶片和小翼周围的流场进行了实验研究.比较加小翼和不加小翼时的流场图,发现加上小翼后,叶尖部分的流场得到了改善,小翼对风力机的主要影响范围是从截面r/R=0.86到1.04之间,约占主叶片长度的14%左右.     

超声速转子叶片非定常引射器流场特性数值模拟

采用计算流体力学方法,结合适当的边界条件,对超声速转子叶片非定常引射器进行了模拟。从结果可以看出:此类引射器内流态复杂,主气流出口斜激波干扰现象明显,叶片设计参数对引射器性能影响很大。叶片尾部的膨胀波有效诱导了被引射气流,在短距离内增强了气流混合,湍流效应对引射器性能的影响较小;叶片可维持自旋转,提升叶片转速可增强引射效率。最后,对引射器内的流动机理进行了探讨。