光腔与扩压器化学反应流场优化数值模拟

氧碘化学激光器(COIL)在化学反应条件下,由于光腔及扩压器的气流通道内存在残余化学反应放热,从而导致"热堵"现象发生,影响了扩压器的正常启动及光腔内超声速流场的流动品质。采用数值模拟方法对COIL光腔与超声速扩压器流道内的化学反应流场进行研究,对超声速扩压器插入段的长度、楔形体的数量级扩散段长度对化学反应流场的影响进行研究。数值模拟结果表明:通过优化插入段及楔形体长度、取消扩压器侧壁的半楔形体,改善了因化学反应放热对光腔及扩压器流场造成的不利影响。优化后,光腔内的流动不再受气流分离产生的斜激波的影响,扩压器二喉道内的分离现象消失,扩压器壁面的分离区减小,出口流动更加均匀,"热堵塞"现象消失。化学反应条件下的气流总压损失比冷流时提高约15%,光腔与扩压器的总压恢复系数为0.426,进出口的静压比为3.75,比优化前提高了约25%。     

船舶进气系统进气特性的非定常研究

本文采用三维非定常数值模拟的方法,对某船舶进气系统整体气路进行求解。研究中考虑进气室冷却进气系统、燃烧进气系统、进气蜗壳等结构,以及百叶窗、空气净化装置、消音器等结构的阻力影响,并在定常条件下验证了阻力模拟的准确性。随后,重点研究了外界条件变化对前后进气室压差及蜗壳出口流场的影响,得出了前后压差随测点位置和外界条件的变化规律。     

端壁横向射流对高速扩压叶栅性能的影响

通过数值模拟研究了不同射流缝长度以及射流总压比对端壁横向射流抑制横向二次流动和减小损失作用效果的影响,结果表明:采用与流向具有一定夹角的横向射流可有效抑制端区二次流动,减少角区低能流体堆积,推迟吸力面流动分离,提高出口气流角均匀性。仅采用不足叶栅进口流量0.3%的射流气体,就能使总压损失系数降低11.3%。增加射流缝长度的或者提高射流总压均可增强其减弱分离流动的效果,但射流与横向二次流相互作用导致的冲击和掺混损失也增大。     

船舶侧向进气装置一体化数值研究

不同于以往孤立研究船舶进气装置的研究方法,本文采用三维数值模拟方法结合标准κ-ε模型对侧向进气装置内外流场进行了一体化数值研究。获得了侧向进气装置行驶过程中的气动参数分布以及进气室内部气流分布形态,得出气动损失最大位置,并通过定义总压恢复系数计算了船舶在行驶过程中的阻力分布。     

S弯进气道优化对其内流场及性能影响研究

在数值研究大量附面层吸入对某半埋入式S弯进气遭内部流场及气动性能影响的基础上,以ISIGHT软件为平台对其进行优化,并详细对比优化前后进气道内部流场结构及性能变化,结果表明:因吸入大量附面层内低能流体,进气道内出现流动分离,周向总压畸变和旋流畸变相对均匀进气工况均显著增加;优化后,旋流畸变和周向总压畸变分别下降约44.46%和4.09%,中心线趋于前后缓急相当,扩压器前段截面面积缓慢递增,而在接近出口时急速增加,气流在此区间迅速扩压;不同厚度附面层吸入工况下,优化后进气道气动性能相比优化前均有所改善,但流动分离现象始终存在。     

机匣仿生顶室对压气机间隙流动影响研究

动叶叶顶产生的间隙泄漏流对压气机的效率和稳定性产生明显影响。为了减小泄漏流对流道内部流场结构的影响,本文基于蜻蜓翅翼的翅室和褶皱结构,在跨声速压气机叶栅的机匣上布置仿生顶室结构。采用数值模拟方法,研究不同高度的仿生顶室结构对间隙泄漏量和流动损失的影响。结果表明:流体流经仿生顶室时,顶室内部存在明显的驻留涡,抑制泄漏涡沿节距方向的发展,减小间隙的泄漏流量和流动损失;在间隙高度为2 mm情况下,仿生顶室对泄漏量和流动损失的控制效果最为明显,最佳方案能够使总压损失系数下降1.2%,间隙泄漏量降低1%。     

进口漩流对透平排汽缸内部流动的影响

使用CFD软件CFX数值模拟了不同漩流条件下大功率汽轮机低压排汽系统实验模型内部的复杂三维流动,定义了衡量非轴对称流场周向不均匀程度的周向不均匀系数.通过对不同漩流条件下计算得到的总压损失系数、静压恢复系数、周向不均匀系数以及缸内流场的对比分析,发现来流在不同径向位置处的漩流角对排汽缸内流动有不同的影响,在此基础上提出了能改善排汽缸气动性能的来流切向气流角分布并进行了数值验证分析.     

基于流动损失权重分配的扩压叶栅弯叶片优化探究

本文采用经过实验校核过的数值模拟方法研究了CDA叶型的矩形扩压叶栅旋涡结构与流动损失之间的权重关系,并以此为指导进行叶片周向弯曲优化设计,改善叶栅气动性能.结果表明:原始叶栅中集中脱落涡所影响区域的总压损失权重占总损失的60%,并通过对该旋涡结构所对应的分离区域的拓扑分析确定了叶片周向弯曲的弯高、积叠线控制点和弯角数值.叶片周向弯曲的作用将该分离区从角区闭式分离转变为开式分离,同时降低叶片根部负荷,改变横向和径向压力梯度分布.优化叶栅降低了集中脱落涡所占的总压损失权重41.3%,最终降低了出口截面质量流量平均的总压损失系数2.55%。基于旋涡结构的流动损失分配权重分析方法有效地提升了叶栅气动性能,大大地缩短了叶栅流场优化设计周期,据有可观的工程应用前景。     

高压联合进汽阀门三维粘性流场数值分析

本文采用多分区 ＳＩＭＰＬＥＣ算法对 ６００ ＭＷ汽轮机高压联合进汽阀门内部复杂流动进行了三维粘性数值分析。流场计算结果表明总压损失主要集中在调节阀喉口附近。调节阀阀碟前后的两股高速气流在阀碟的正上方位置相碰引起较大的掺混损失;气流经过调节阀喉口后,附面层急剧增厚,形成一层较厚的沿管壁的低总压区。计算得到的流场特性为即将开展的阀门结构优化设计提供了重要依据。     

蒸汽轮机抽汽口几何参数和工况对流场的影响

用数值模拟的方法对大功率蒸汽轮机抽汽口及抽汽道内的三维粘性流场进行了分析,研究了蒸汽轮机抽汽口几何参数(抽汽缝宽度、集汽室形状、抽汽缝位置)和工况参数(抽汽量)对抽汽口流场、周向压力不均匀度、流动阻力的影响．并将计算结果与实验结果进行了比较。研究结果表明:增加抽汽量必然引起静压周向不均匀度系数和抽汽口总压损失系数的增加。抽汽缝宽度减小会引起抽汽口的流动阻力大幅度增加,从而减小相对抽气量和增大抽汽端差。集气室形状和抽汽缝位置的变化对相对抽气量、静压周向不均匀系数以及总压损失系数的影响不明显。     

涡发生器对高超声速轴对称进气道外部流动的影响

采用三维CFD黏性模拟考察涡发生器对高超声速轴对称进气道外部流动的影响.针对前缘钝化半径0.8 mm和3.2 mm的轴对称进气道外部流场,以涡发生器高度与当地位移边界层厚度比值为影响参数,考察流场结构与性能参数的影响规律.结果表明,涡发生器产生的干扰波系使得前缘激波向外偏移,下游近壁面流动与主流区出现明显的交换,下游流动出现明显的展向非均匀性.涡发生器对流动的影响沿流向逐渐减弱.在气流压缩性能方面,涡发生器下游压比、动压比沿流向开始增大,随后逐渐恢复到无涡发生器工况;Mach数、总压恢复系数开始降低,随后逐渐向无涡发生器工况趋近.涡发生器高度与当地位移边界层厚度的比值h可作为衡量其影响的重要参数.当h≤1.5时,进气道流场结构、性能参数的变化几乎可忽略,h≤3.0时进气道入口处性能参数几乎能够恢复到无涡发生器工况.      

侧风条件下短舱流动分离等离子体流动控制研究

利用数值仿真开展了侧风条件下短舱流动分离等离子体流动控制研究,首先研究了不同侧风条件下短舱流动分离特性,揭示了侧风角度以及速度大小对流动分离的影响规律.随着侧风角度的增加,进气唇口处分离区域不断扩大且进气截面的总压损失更加严重;随着侧风速度的变大,分离区域变化并不明显,进气截面总压损失系数降低.进一步将等离子体激励布置...     

不同长度端壁翼刀对跨声速压气机叶栅二次流影响的数值研究

对可控扩散叶型(CDA)环形叶栅和4种具有不同长度和流向位置的端壁翼刀叶栅内的三维黏性流场进行了数值模拟。结果表明:较长翼刀对气流横向流动的阻断作用较强,较短翼刀产生的附加损失较小;加装翼刀后叶栅中部气流流动状况显著改善,但端壁附近损失有所增加;翼刀加装在流道前部比后部更有利于降低总能量损失,占据前1/2流道的翼刀方案为本文最佳翼刀方案,使叶栅总能量损失比原型叶栅低2.2%。     

一种带前输出轴的直升机进气道性能试验研究

本文针对带有前输出轴直升机进气道结构特点,以实验的方法,着重研究在悬停与前飞状态下的直升机进气道流场特性,测量并分析了沿程静压分布、进气道出口截面流场畸变指数、总压恢复系数等进气道性能参数。结果表明,此类进气道在悬停与前飞状态下进气道内均存在某种程度的气流分离,在悬停状态时总压损失和出口流场畸变都不大,但在前飞状态时由于自由流直接进入进气道外侧,使得出口流场畸变变大,且随着前飞速度的增加出口流场不断恶化。     

直接甲醇燃料电池阴极水淹过程实验研究

对自制可视化直接甲醇燃料电池单体阴极流场内液滴生长特性、氧气流量和氧气进气温度对流场水淹及电池性能的影响进行了实验研究.结果表明:平行流场中首个液滴大多在流场右上区域冒出;流场中新液滴的出现具有瞬间涌出特性,并优先在流场板和扩散层交界的夹角处及扩散层表面碳纤维束交叉处产生;液滴生长过程具有非连续性,与流道边壁相接触的液滴和液柱的生长速度均大于未接触流道边壁的液滴生长速度,而且液柱有逆气流方向反向生长现象.氧气流量及氧气进气温度的升高,均导致阴极流道内液态水和流场中大液滴数量及形成液柱的长度减少,促使电池性能提高.     

非轴对称端壁改善涡轮叶栅流场研究

以Pack B涡轮平面叶栅为研究对象,采用非轴对称端壁造型方法,以减少涡轮叶栅总压损失为优化目标,进行了涡轮叶栅的非轴对称端壁优化设计,优化后的总压损失减小了11.83%。通过对叶栅的下端壁以及上下端壁进行非轴对称造型并与原型光壁模型进行全叶高流场对比分析表明:非轴对称造型对几乎全叶高的总压损失分布产生影响,大幅减小了20%和80%叶高附近的总压损失,对气流角和下游涡强度的影响局限在近造型壁面侧的30%叶高内。     

竖直隔板对COIL超扩段流场影响实验研究

 通过一系列对比实验比较了隔板对气流转捩点、总压损失、光腔静压的影响，并通过分析阐述了竖直隔板对扩压器内部气流参数产生影响的原因。隔板可以增加超音速区域的长度，并能增加光腔压力分布的稳定性，减小总压损失，增加压力恢复系数；隔板厚度对光腔静压的影响较大，需严格控制隔板厚度以避免正激波的产生。     

6110柴油机进气过程流动的多维瞬态数值模拟研究

柴油机进气过程中气体流动是强瞬变的非定常三维湍流运动,直接影响到充气效率、缸内气流状态及进气道和缸内壁面换热,因而也影响到燃油雾化、燃烧及有害废气生成等,对柴油机的动力性、经济性起着重要作用。因此,本文利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE对6110柴油机进气过程的气体流动进行多维瞬态数值模拟研究,通过计算可以得到不同时刻进气道和缸内流场分布,为柴油机进气系统的优化设计提供重要的理论依据。     

高外压缩比的高超声速内乘波进气道设计

为了提高内乘波式进气道的起动性能,扩大其稳定工作的马赫数范围,以得到一种高外压缩比例的高超声速进气道,在ICFC二维基本流场的基础上进行改进,提高流场的外压缩比例,减小流场长度,并基于改进后的基本流场生成内乘波式进气道。数值模拟结果表明:在来流马赫数6的设计状态,该进气道保持了内乘波式进气道的优点:流量捕获能力强(流量系数99.94%),显著减弱外流阻力等;较基于原ICFC流场得到的进气道,该高外压缩比的进气道长度更短,且性能略有提升(出口马赫数为2.78时总压恢复系数为0.459),能在马赫数3.8~6范围内起动工作,较原进气道具有更佳的低马赫数起动能力。     

涡轮后机匣流场性能实验研究

对低压涡轮后机匣进行实验研究。对不同来流马赫数及不同来流气流角下的涡轮后机匣流场参数进行测量,分析其在不同来流条件下的整流及损失情况。研究结果表明:支板叶型为前加载且按最大厚度积叠的涡轮后机匣在设计点及非设计点状态都将气流从偏离轴向偏转到基本接近轴向,且总压损失都较小。来流马赫数的改变对后机匣出口气流角影响不大,但来流马赫数的增加会导致其总压损失增加;而来流气流角改变对其出口气流角及总压损失的影响相对较小,但出口气流角及总压损失沿径向的分布会随来流气流角的改变发生变化。