集流器偏心对多翼离心风机性能及噪声的影响研究

风机进口处的流动状态对其性能具有直接影响。本文对某多翼离心风机提出一种进口集流器偏心安装的方法,来控制其进口流动,使其性能获得提升、噪声降低。通过数值寻优与实验寻优的相互验证,对不同工况下集流器偏心安装前后的风机性能、噪声及内部流场展开分析,并最后得出了集流器的合理偏心位置。结果表明:当偏心角θ=120°且偏距比ε=0.016时,偏心方向对应叶道内的流动分离减弱,叶轮出口气流速度增大,同时叶轮前盘和集流器间隙间的流量泄漏也相应减小。在风机运行工况范围内,该风机的风量最大增加3.5%,全压效率最大提高3%,噪声降幅最大达1.2dB.     

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。     

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。     

倾斜叶片对多翼离心风机性能影响的研究

本文应用大涡模拟及边界元法研究了倾斜叶片对多翼离心风机气动声学性能的影响。研究结果表明,相较于传统直叶片叶轮,倾斜叶片叶轮在出口角度不变时因叶片发生扭转,会略微降低风机流量。采用倾斜叶片,可以减小叶道中的流动分离区域,减弱流动分离程度。前盘侧间隙泄漏量随着前盘侧叶轮外径的减小而减少,倾斜叶片叶轮出口角度的变化对于泄漏量影响较大。倾斜叶片叶轮在前盘侧叶轮外径减小时,可以减少风机噪声。     

基于分组模型及仿生蜗舌的多翼离心风机设计

为提高多翼离心风机的流动效率,提出一种适合于该类型风机特点的分组设计模型,并借助于流场计算与试验设计相结合的分析方法,依次对多翼离心风机的叶轮、蜗壳和蜗舌进行分组设计。结果表明:具有更多设计自由度的双圆弧叶片气动性能明显优于单圆弧叶片;在保证蜗壳结构尺寸不变的前提下,采用等边基方法设计的蜗壳性能略优于三段圆弧设计出的蜗壳;基于长耳翼型前缘的仿生蜗舌能够有效减弱分离流动现象;利用本文方法改进后的多翼离心风机设计效率提高了4.33%,变工况性能明显改善。研究工作对深刻认识多翼离心风机内部复杂流动机理及发展优化设计方法具有学术意义和工程应用价值。     

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。     

高负荷弯曲扩压叶栅中旋涡流动的研究

在不同冲角下,采用五孔探针对三种大弯角压气机叶栅流场进行了详细测量,并利用数值模拟研究了流动分离和旋涡结构对弯叶栅气动性能影响.结果表明,叶栅流道内旋涡由多涡结构向单一涡结构转变的趋势明显,叶片正弯曲加强了近吸力面涡系径向掺混作用;高负荷压气机叶栅中采用正弯叶片,必须抑制中部流动恶化.     

高负荷压气机叶栅分离与流场结构研究

通过流动显示及静压测量,对不同冲角下、三种叶型弯角的环形压气机直、弯叶栅近壁面区域的流动分离及旋涡结构进行了实验研究.结果表明,近吸力面的气泡分离与转捩取决于叶栅型面静压分布;随叶栅负荷增大,流动分离形式由闭式分离逐渐向开式分离发展,流动分离的对称性逐渐减弱;减少涡系与涡系、涡系与附面层之间的相互作用及掺混可以有效拓宽正弯叶片的应用范围.     

叶片扩压器对离心压气机整机性能影响的实验及数值研究

以一高压比离心压气机级为研究对象,设计制造了三种不同的扩压器,采用实验和数值方法研究了扩压器进口安装角和叶片型线对级性能的影响。结果表明,扩压器进口安装角减小时,性能曲线向小流量区移动,最高效率和压比降低。采用低稠度机翼形扩压器时,级工况范围稍有扩展,但效率和压比显著降低。流场分析显示,进口安装角减小时,扩压器凸面流动分离区扩大,堵塞流道且增大损失。采用低稠度机翼形扩压器时,扩压器内更容易产生大尺度分离涡。     

扩压器叶片前缘开槽结构对高负荷离心压气机性能影响研究

离心压气机在小流量工况下,扩压器叶片进口气流为正攻角,其吸力面产生流动分离,恶化压气机性能从而诱发失速。为改善近失速点扩压器内部的流场,拓宽离心压气机的稳定工作范围,本文对扩压器叶片前缘进行开槽处理,采用经过校核的RANS方法探究不同开槽结构对高负荷离心压气机的性能影响及内部流动机理。研究发现:近失速点原型扩压器的压力面和吸力面两侧同时存在大范围的流动分离,本文研究的直槽和斜劈型2种开槽结构均能有效地抑制扩压器通道内的流动分离并提高压气机的失速裕度。但随着开槽深度和长度的增加,斜劈型开槽结构会恶化扩压器通道内的流场,致使压气机性能急剧降低。     

变工况下前弯离心风机宽带噪声的数值模拟及分析

为了解前弯离心风机不同工况下宽带噪声的变化规律及特性,本文以一款前弯高压离心风机为研究对象,针对带宽频特征的涡流噪声,运用基于Lighthill理论的FW-H方程和Proudman方程对前弯离心风机近场、远场噪声进行积分计算,通过三维非定常与定常数值模拟研究了其在设计流量,大流量与小流量三个运行工况下的噪声频谱特性,以及风机叶轮、蜗壳的宽带噪声分布特性,并将模拟结果与试验进行了对比验证。结果表明,该风机噪声宽频特性随流量增大变得明显。叶轮处宽带噪声声功率最高出现在离蜗舌最近的两个叶片上,蜗壳处宽带噪声最大声功率级主要出现在蜗舌处。     

喷水推进轴流泵的水力设计及性能分析

借鉴陆用轴流泵设计经验,利用Concepts NREC软件设计了三种不同安装角的喷水推进轴流泵,并采用三维雷诺平均N-S方程和S-A湍流模型对其流场和性能进行数值仿真。计算结果表明:叶片安装角对喷水推进轴流泵的性能和流场影响较大,动叶进口安装角减小6°后效率可提高3%~5%,叶片进口的狭窄高压区明显改善,动叶吸力面分离区和分离流动损失明显减小,叶片载荷分布更加均匀;静叶进口安装角减小后扬程和效率都有所提高,静叶出口的流场形态得到改善,角区分离得到控制、回流损失减小。     

低温氦气离心风机气动设计及变工况性能预测

低温氦气离心风机是超导磁体循环预冷系统的关键驱动设备,其性能优劣直接影响整个预冷系统的性能。本文按真实气体模型计算气体的热物性,自主开发了离心压缩机初步气动设计和变工况性能预测程序,对以低温氦气为工质的离心风机进行初步设计和变工况性能预测。基于三维流场数值仿真分析验证该低温离心风机内部流动情况和级性能。结果显示：低温氦气离心风机在各工况下都有良好的气动性能,本文所建立的气动设计及性能预测方法准确可靠,可用于磁体循环预冷系统低温氦气离心风机的初步设计与性能评估。     

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。     

离心压缩机中间级内流动数值研究

本文采用数值方法对多级离心压缩机中间级内的流动进行了研究,重点考察了进口段、弯道和回流器对中间级气动性能的影响,发现与进口段相比弯道和回流器内的流动损失较小,并且回流器出口气流的扰动作用使得级的喘振流量减小。本文还研究了增大回流器叶片出口安装角对压缩机压比及效率的影响。     

涡流发生器对风力机专用翼型气动特性的影响

为了深入研究风力机叶片的减阻方法及效果,本文探讨了涡流发生器对风力机专用翼型的气动性能的影响。研究对象为直叶片段,涡流发生器安装在叶片段20%弦长处,并采用CFD方法对光滑叶片段及安装涡流发生器后的叶片段分别进行了模拟,得到了翼型的气动特性曲线。对比14°攻角下的两种情况的流动特性,发现在大攻角的情况下,涡流发生器确实能够推迟流动分离,从而极大地减小翼型的阻力,并且增大了翼型的最大升力系数;其次,本文分析了涡流发生器对叶片段表面压力分布的影响,发现涡流发生器对下游方向的影响明显大于对上游区的影响,这一点与涡流发生器搅乱下游流场的作用是一致的;最后,本文分析了涡流发生器控制流动分离的机理。     

低速扩压叶栅中分流叶片的作用与设计

本文采用数值方法,研究在几何大弯角扩压叶栅中,分流叶片的主要设计参数(长度和周向位置)对叶栅气动性能的影响。对比具有不同分流叶片轴向长度和周向偏置的叶栅气动性能,结果表明:分流叶片的主要气动作用是增加气流折转角,提高叶栅的做功能力,而不增加叶栅内流动损失。分流叶片长度大于主叶片表面流动分离区长度时,分离叶片才能起到作用。分流叶片向主叶片吸力面偏置15%节距,对抑制边界层分离的作用更好,流动损失较低。     

可调低稠度扩压器对提升离心压缩机气动性能的数值研究

本文以某燃料电池车用高速小型离心压缩机为研究对象,采用商业软件ANSYS CFX,分析了70000~100000r/min不同转速下,从阻塞到喘振流量范围内,低稠度扩压器叶片安装角分别为10°、15°、20°、25°时,离心压缩机的级性能变化,并与无叶扩压器进行对比。数值结果显示,低稠度扩压器提高了静压恢复系数,扩压器内径向方向和叶高方向减速均匀,流动损失小。可调安装角的低稠度扩压器可在各转速下较无叶扩压器提高约8%的流量范围,并且能在各工况提高至少压缩机4%的压比及等熵效率。通过分析各工况下压缩机比转速、扩压器进口冲角和叶片安装角之间的关系,基于响应面模型给出进口冲角和叶片安装角相对比转速的多项式,为可调低稠度扩压器的实际应用提供研究基础。     

基于敏感性分析降维的多翼离心风机叶轮优化设计

针对多翼离心风机内部流动分离严重、流动损失大及叶轮几何参数多等特点，本文以风机叶轮为对象，开展了几何参数化建模及基于敏感性分析降维，并在此基础上，通过建立包含拉丁超立方抽样法、支持向量回归(SVR)代理模型、混合自适应采样方法和遗传算法的高维高效优化方法，分别开展了效率单目标优化与效率–全压多目标优化设计。研究结果表明：对于风机效率，几何参数影响程度由大到小依次为叶轮内径、叶片出口角、叶轮外径、中盘位置、叶片进口角、叶片数、叶轮宽度、叶片厚度。单目标优化后风机最高效率点效率提高2.29%；多目标优化后效率提高1.91%，全压提升30.95 Pa。研究工作对于认识多翼离心风机内流机理、发展先进优化设计方法具有较重要的学术意义及工程应用价值。     

跨声速轴流压气机动叶弯和掠效应的应用

对一单级跨声速轴流压气机的动叶分别进行了前掠和正弯研究,然后针对前掠和正弯叶片各自所存在的问题分别作了改进.对掠动叶中部的叶型做了二维改型以降低中部的激波强度和分离损失;对弯动叶不同截面叶型的安装角进行调整以消除正弯对动叶出口气流角的影响.最终应用前掠和正弯动叶的压气机的效率得到明显的提高.在对正弯和前掠动叶研究的基础之上,对动叶进行了前掠和正弯相联合的设计以综合利用弯和掠的有利作用.同时对弯掠动叶中部截面的叶型进行了二维改型以降低中部分离损失,并且对不同叶高截面的安装角进行调整以消除对出口气流角的影响.最终应用弯掠动叶的压气机效率和失速裕度都得到显著提高.