三维透平叶片扭转颤振问题的流固耦合数值研究

颤振,尤其是失速颤振是引起叶轮机械安全事故的重要原因之一。由于叶片颤振的复杂性,过去人们一直采用半经验的方法研究叶片的颤振。本文发展了一套更精确的流固耦合计算方法,并用这种算法研究了三维透平叶片的扭转颤振。在模拟大负攻角下的颤振时发现,传播失速响应频率向固有频率靠近是振动发散的一个重要判据。通过计算得出了压比和攻角对颤振影响的特性曲线,它不但可用于判断流体激振的稳定性,而且可以研究颤振的强度。     

透平叶栅大负攻角分离流的实验研究

一、引言 透平在高背压或低负荷下运行时,末级叶片将处于大负攻角下工作,由此产生的分离流是造成叶片失速颤振的根本原因之一。国外对此研究日益重视。Joslyn和Dring等为考察分离对叶片换热的影响,研究了透平叶栅负攻角分离流动,他们应用流动显示方法及简单的气动测量,求得了分离点与再附壁点的位置,但文章没有进一步阐述内部流场的性质及分离流流型。     

透平叶栅大负攻角分离流动特性

一、引言 大功率汽轮机组参加调峰、担负供热以及采用空冷技术时,汽轮机末几级叶片经常处在高背压、小相对容积流量状态下工作,由此引起的大负攻角分离流动是叶片发生失速颤振的根本原因.Dring和Joslyn曾考察了透平叶栅负攻角分离流动对叶片换热的影响,但国内外在这方面的研究仍很缺乏.为研究透平叶栅大负攻角分离流动的湍流特性,在文献[3、4]的基础上,本文应用热线风速仪详细测量了两套典型透平叶栅的大负攻     

机翼大攻角下失速颤振的气动弹性研究

本文采用流固耦合的数值方法研究了机翼在0°～50°攻角下的颤振。计算结果表明,随着来流攻角α0的增大,机翼的固有频率对颤振的影响越来越大,颤振由线性的强迫振动逐渐发展成为非线性的自激振动,而当α0增加到一定程度以后,大尺度分离流交替地从机翼头部和尾部产生,机翼和流场会发生共振,引起机翼的失速颤振。     

多级环境下基于非定常/定常流混合分析的叶片颤振预报方法

发展了多级叶轮机环境下应用于叶片颤振预报的非定常流/定常流混合分析方法。对于叶片颤振预报,采用了基于能量法的单向耦合方法。非定常流计算采用了高效的频域谐波方法,定常流计算采用了时间推进方法。在非定常流和定常流交界面,发展了基于滤波技术的无反射混合平面方法。本文发展的叶片颤振预报方法,忽略了叶排干涉非定常流对叶片颤振稳定性的非线性影响,但包含了多级定常基础流动效应。通过对某二级风扇的颤振预测验证了该方法的有效性。     

宽弦高速跨音风扇颤振特性研究

颤振是航空发动机、燃气轮机等运行安全的重要威胁,但颤振稳定性与流动结构之间的关系尚不清晰。本文使用行波法和影响系数法,对某宽弦复合掠型高速跨音风扇转子的一阶模态进行了颤振特性研究,计算了在100%转速下从堵塞点到近失速点的颤振表现。使用影响系数法时,分析了不同通道数的计算域对气动阻尼计算的影响,并与行波法得到的结果进行了对比。研究了流动结构与叶片表面气动阻尼之间的关系,旨在提高对流动致颤机理的认识。结果表明影响系数法和行波法均能对叶片的气动阻尼进行较好的预测;流动结构方面,激波、激波附面层分离、叶尖泄漏流以及吸力面前缘叶顶附近的非定常压力波动,对叶片的气动阻尼分布有较大的影响。     

振荡叶栅传播失速不稳定流场的离散旋涡法数值模拟

采用离散旋涡法对振荡叶栅传播失速不稳定流场进行了数值模拟。分片线性化与再校正技术节省了大量计算时间。进行了一系列数值试验包括:进气冲角对传播失速的定量影响;叶片振动频率与振幅的不同响应;随时间流谱与旋涡分布变化的分析,可以显示传播失速的时间与空间传播。本工作为叶片失速颤振气动弹性问题研究的一部分。     

风力机叶片气动噪声的影响参数*

随着风力机的大型化,风电机组对环境的影响不容忽视,必须对风力机气动噪声进行预测和控制。选取基于NACA、DU翼型的某风力机叶片作为研究基准,采用修正BPM半经验模型计算叶片的气动噪声特性,通过改变翼型族、弦长、机组运行状态、风切变指数、来流风向参数,研究叶片外形几何参数、机组运行工况对叶片气动噪声源的影响。计算结果从多个角度总结出水平轴风力机叶片气动噪声的变化规律,为开发高效低噪风电叶片提供参考。     

轴流压气机三维叶片角区失速预测Ⅰ:模型、准则与验证

角区失速预测始终是轴流压气机设计面临的难题之一,尤其当代先进三维弯掠叶片应用使得在设计阶段准确预测角区失速更加困难。探究问题根源,即便目前最成功的Lei预测模型与准则,虽然其综合考虑了逆压梯度和横向二次流影响,但仍因未考虑角区二面角下附面层交汇因素而失效于弯掠叶片角区失速预测。鉴于此,本文采用不同正多边形(包括圆)截面扩张管道计算模型,研究构建了量化表征不同二面角、不同逆压梯度环境下交汇附面层发展状态的Ψ因子,并综合考虑二次流影响建立了预测三维叶片角区失速的DJ因子,然后以NACA65系列叶栅为案例,采用数值模拟方法建立了叶栅性能数据库,据此形成了DJ因子角区分离预测准则。最后,基于国内外公开文献中叶栅、叶片试验结果对DJ准则进行了检验,并分析了DJ因子应用中需要注意的一些问题。     

基于转轮人口流动的最优导叶开度预测

灯泡贯流式水轮机有可调节开度的活动导叶和转轮叶片,活动导叶安装角α_G与转轮叶片安装角（?）_R的组合有无限多种。本文目的在于:通过CFD（计算流体力学）能够于设计阶段预测α_G和（?）_R的最佳组合（即协联工况角）,以最大程度提高设计的水力性能及特性。论文使用速度矢量、欧拉能量因子、压能因子和总能因子等讨论活动导叶、转轮、尾水管的内部流动状况,阐明协联工况下转轮开度（?）_Rcam对最佳的活动导叶开度α_Gcam的影响,提出基于转轮叶片入口相对流动角预测协联工况下活动导叶最优开度的机理及方法。推导提出的预测式可用于CFD解析结果也可用于设计初期时使用,研究成果可为转轮优化设计提供可靠的技术支持。     

用“参数多项式方法”确定风力透平叶片的失速振荡流

用“参数多项式方法”确定风力透平叶片的失速振荡流陈佐一,孙永忠,杨玲（清华大学热能工程系北京１０００８４）关键词：参数多项式方法,风力透平,颤振在现代各类流动诱导振动问题的研究中,流体激振的安全性分析与诊断,要求在较短的时间内,对大量的复杂流动工况进...     

安装角对旋转翼型结冰分布影响实验研究

为开展风力机叶片翼型在旋转状态下不同安装角表面结冰分布规律的研究,基于自行设计建造的一种利用自然低温的结冰风洞试验系统,完成了对称翼型NACA0018在0°、10°及20°三种安装角下的结冰风洞试验,试验中选取了200 r/min、400 r/min及600 r/min三种转速,选取了6 m/s及8 m/s两种风速,并利用高速摄像机获得了叶片表面的结冰分布,拍摄时间分别设定为15 min、30 min、45 min及60 min。利用前期研究提出的一种不规则冰形评价方法,对不同工况下叶片表面的结冰冰形进行了定量分析,利用相对迎风面与绝对迎风面定性分析了不同安装角对叶片表面的结冰区域的影响。研究结果表明,安装角对叶片表面的结冰分布影响较大,同一工况下不同安装角的叶片表面结冰有较大差异,转速也是影响结冰的关键因素,而风速对结冰分布的影响较小。本研究可为风力机叶片防/除冰技术提供参考。     

钝前缘梯形翼高超声速风洞颤振试验

为了研究钝前缘翼面的高超声速颤振特性,获得典型翼面高超声速颤振参数以校验非定常气动力和CFD计算,采用具有简单结构动力学特性的钝前缘梯形翼模型,在中国航天空气动力技术研究院FD-07高超声速风洞进行了高超声速风洞颤振试验研究.模型为9 mm厚钝前缘梯形平板翼,采用夹层设计:中间层为钢板,提供模型主要刚度和质量特性;两侧为泡沫,起维形作用.试验模型采用悬臂支撑安装于风洞试验段,试验Mach数分别为4.95和5.95.试验固定Mach数,通过缓慢增加动压以使模型达到颤振临界点,采用小波时频谱分析时域响应,结果显示试验模型发生了弯扭耦合经典颤振.试验采用直接观测法获得了颤振动压、颤振频率和对应的试验密度、总温等颤振相关参数.采用壳单元建立了结构有限元模型,并采用统一升力面理论对模型进行了颤振计算分析,研究了气流密度、结构阻尼、Mach数对颤振计算的影响,并对试验结果与理论计算的偏差进行了讨论.分析认为,计算气流密度、计算结构阻尼、结构建模偏差、试验结果散布特性等因素均会构成计算值和试验值之间的偏差,但即便在计算中考虑上述因素,计算结果与试验值仍存在较大偏差.      

扩压形式对离心压气机性能影响

对采用无叶扩压器、叶片扩压器以及串列叶片扩压器的车用增压器离心压气机内部流动进行了数值分析,研究了不同扩压形式对压气机性能的影响。结果表明,低稠度叶片式扩压器在设计工况点附近可以有效提高压气机效率;串列式叶片扩压器则可以改善叶片扩压器流量范围减小的问题。在小流量工况下,气流角与设计工况不同,攻角增大,使得流动分离加剧,损失变大。通过调节叶片安装角可以减小气流攻角,改善压气机性能。基于本文研究结果,可以为全可调离心压气机的设计和调节策略的研究提供理论依据。     

BETA角对阿尔法磁谱仪热系统影响分析

β角是航天器热控制设计中关键的设计参数,本文通过对阿尔法磁谱仪(AMS)在国际空间站上两年的运行结果进行分析得出,AMS外部温度变化受β角影响很大,PORT侧和STBD侧尤为明显,且呈近似相反的变化规律,而主散热板温度分布相对均匀。β角对AMS热系统的影响规律可以为AMS热控系统监测和近地轨道航天器热控制设计提供参考。     

拼接式编码器测角误差分析及试验

根据望远镜测角系统的精度需求,分析了影响拼接式编码器测角精度的误差源,以及多读数头测角消差原理,确定了采用相位相差90°的4读数头的测角方式。在某望远镜方位轴系转台进行了逆时针和顺时针方向的测角试验,通过对测角数据进行谐波分析并补偿后,得到两组实验测角误差RMS分别为0.34"、0.38"。实验表明,相位相差90°的均布4读数头的测角方式消除了由轴系误差、编码器安装位置误差和钢带安装盘部分圆度误差对测角精度的影响,实现了亚角秒级测角的目的。研究结果可用于大口径望远镜设计阶段的误差分析与分配、预估测角精度,为降低设计和加工误差提供参考。     

大型风电机组叶片不同方位角下载荷智能控制效果分析

本文基于自主搭建的带有柔性尾缘襟翼(DTEF)控制的气动伺服弹性耦合仿真计算平台,首先从整体上论证了DTEF对降低风机叶片疲劳载荷的有效性,得到不同风速下风机叶片的叶根挥舞力矩按方位角的分布特性,在此基础上分析了DTEF能够降低叶片疲劳载荷的作用机理。最终得到结论:基于DTEF的智能叶片控制在不影响电机功率输出量的前提下可以有效降低叶片的疲劳载荷,减小电机输出功率、推力、桨距角的波动;不同轮毂高风速下DTEF的作用效果按方位角的分布规律不同;从参数的方位角分布规律分析出智能叶片控制机理,即DTEF引入破坏了原有叶片的气弹耦合特性,减弱叶片承受气动力,从而有效降低了叶片疲劳载荷。本文工作为未来明确智能叶片流动控制机理和优化载荷控制提供参考。     

超低比转数离心鼓风机不同型线叶片的性能对比研究

本文根据工程中现有应用比较广泛的某一超低比转数离心鼓风机,设计了一个具有同佯流量系数和压升系数的风机模型并进行研究。在一定的参数下设计了3种不同型线的叶片,即前弯叶片、后弯叶片和变厚度前弯叶片,采用实验研究与全三维流场数值模拟相结合的方法分析了不同型线叶片产生性能差异的原因,详细分析风机内部的流动机理,进而为超低比转数离心鼓风机的设计提供有益的参考。     

机翼颤振的有源声控制

借助于己推导出的声激励下绕三维薄翼的非定常位势流的精确解，本文进一步分析了限于弱扰动的声激励消除颤振的机理，讨论了声源参数对颤振边界的影响，并通过声一涡耦合的理论计算，解释了原有的风洞实验。结果表明，对于不同位置的声源，声致气动载荷的无环量和有环量部分起着不同的作用，而且，在声控制颤振的过程中，系统的各种参数存在一定的关系，必须合理地选取最佳参数。本文的研究为声控制技术在气动领域中的实际应用提供了理论基础。     

小流量条件下汽轮机多级三维粘性流场的数值分析

1绪言小流量条件下汽轮机内部流动具有比设计条件下更为复杂的特征，最突出的表现是随冲角的增大而出现的分离流、先速流。这种流态不仅影响汽轮机的运行效率，更重要的是它还与汽轮机的安全可靠性密切相关，它可能诱发叶片的失速颤振而使叶片断裂。虽然大的负攻角所引起的本级叶片的脱流现象已成共识，但对小流量条件下汽轮机内部流动的认识只有一些实验观测到的现象和二维的数值分析，并且只限于末级叶片。在文献＊中，我们对某一汽轮机低压缸末级和次末级叶片在0．35小流量工况下的两级流场进行了三维粘性数值分析，计算得到的分离流态同…