振动叶栅叶片间振动相位差对非定常气动力的影响

一、前言 在叶轮机械非定常气动力的研究中,探索振动叶栅叶片间振动相位差对非定常气动力影响的规律,可以大大节省对叶片进行颤振预估的理论与实验方面的工作量,具有重要意义。在现已发表的文献中,虽然给出了几种相位差下某种振型的实验结果或理论分析,但只限于一种振型下的少数几个相位差,而且也没有得出定量的规律。由于以往计算非定常气动力的方法太烦杂且又受到各种限制,要进行系统分析是十分困难的。文献[3]提出的求解振动叶栅非定常气动力的“振荡中心流线法”,提供了一种适应性广、计算简单     

振荡叶栅非定常流场的实验研究

本文介绍了在平面振荡叶栅实验台上对一组透平叶片进行非定常气动性能研究的方法和结果。叶片的振型为扭转振动,频率为1(Hz),振幅为2°,风洞出口气流速度为33(m/s)。实验研究了来流冲角和叶片间的振动相位差对振荡叶栅非定常气动性能的影响。实验测量了不同工况下的叶片表面的振荡压力分布,并用二维热线风速仪测量了叶栅流道內的振荡速度场。在此基础上对振荡叶栅的稳定性进行分析。结果表明:1)不论叶片振动是否简谐,振荡压力的主频分量居绝对支配地位;2)叶片间的振动相位差和来流冲角对振荡叶栅的稳定性均有较大影响。     

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。     

蜗壳非轴对称性对离心压缩机内部非定常流动影响的数值研究

本文采用非定常数值模拟方法研究了蜗壳几何非轴对称性对离心压缩机内部非定常流场的影响。结果表明:流场的非定常波动主要受叶轮影响。远离蜗壳设计工况时,蜗壳非对称性的影响可传播至叶轮主叶片前缘。蜗壳非对称性对扩压器叶片压力面瞬时压力的影响在小流量和设计流量工况下主要体现叶轮主叶片与分流叶片通过频率的影响,而在大流量工况下叶轮主轴旋转频率也占一定比重。叶轮主叶片压力面的非定常压力波动主要受叶轮主轴旋转频率及其倍频与扩压器叶片通过频率及其倍频的影响。     

相位延迟法在双排涡轮三维非定常流动数值模拟中的应用

非定常性是叶轮机械内流动的本质属性,本文采用相位延迟法,实现了双排叶片、各排叶片通道宽度不相等的叶轮机械非定常流动三维数值模拟,控制方程为Navier-Stokes方程,湍流模型采用Baldwin-Lomax模型。计算结果表明,该方法使用单通道来模拟叶片通道不相等的叶轮机械非定常流动,具有计算经济,模拟准确的特点。     

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。     

NACA-65-0012机翼的非定常反问题解

利用有限差分法解非定常欧拉方程是振荡机翼非定常气动反问题的一种求解方法。本文重点讨论了非定常气动反问题求解的计算方案与反问题固壁边界条件的处理,编写了相应的计算程序。本文以绕前缘点做小幅俯仰周期振动的NACA-65-0012翼型为初始机翼,在振幅分别为0°、2．51°的条件下进行了气动反问题计算,经过多次迭代后计算翼型的压力分布基本与目标压力吻合,这表明本文的反问题求解方案、反问题边界处理及计算程序是可行的。     

缘线匹配主导下的叶轮机非定常设计

随着高性能叶轮机的不断发展,叶轮机流动固有的非定常属性越来越强烈以致不容忽略,且计算流体力学和计算机技术的飞速发展以及对定常,非定常流动现象认识的不断丰富,使得更全面考虑非定常影响成为可能.本文以缘线匹配产生的学科发展内在背景为导引,从气动、气弹/振动、涡轮热环境管理、转静噪音控制四个非定常设计方面论述了缘线匹配技术在其中的主导作用.     

叶轮机械叶片流体激振安全性的全功能分析

本文提出了对叶轮机械叶片流体激振安全性实行全功能数值分析的新概念和方法。实现气动力学和弹性力学的弱耦合计算,由弹性力学方法确定三维振型,用振荡流体力学方法确定三维条件下的三维振荡流场,确定在各种振幅条件下的非定常气动力作功与阻尼功,引入气动功等于阻尼功条件下的平衡振幅概念。根据平衡振幅确定叶片流体激振的动应力,并进行寿命评估。这种全功能分析将使叶轮机械流体激振的安全性分析更加符合工程实际的需要,也能够解释大量的流体激振破坏不属于瞬时突然破坏,而是一种疲劳破坏。     

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。     

离心泵三元扭曲叶片设计的研究

本文参照离心压缩机三元扭曲叶片的设计方法,发展了一种离心泵叶轮三元叶片的设计方法。采用液流角动量作为控制叶片弯扭规律的参数,考虑流动分离对叶片中心面形状的影响,对沿轮盘、轮盖处相对流线上角动量分布形式的确定原则进行了分析与改进。通过引进叶轮水力效率来计及粘性的综合影响,使基于平均S2m流面反问题的计算方法更符合实际情况。最后对一离心泵的叶片进行计算,得到了较好的叶片形式。     

用热线风速仪测量叶轮后叶片扩压器流场

叶片扩压器对离心压缩机的总体性能影响很大,为了研究叶轮后叶片扩压器内复杂的非定常流动,本文对一大尺度离心压缩机级的叶片扩压器流场进行了实验测量。实验对Dantec的热线探针支架进行了改进,采用了固定热线、相位锁定-系综平均技术,对采集到的热线信号进行了有效地分解,提出了非定常强度的概念来定量考察离心叶轮对叶片扩压器流场的影响。     

离心式叶轮机匣处理的整周非定常数值分析

针对不带机匣、带周向机匣和带轴向机匣的三种类型的Krain叶轮进行了整周非定常数值计算,通过使用"交错叶片"和"下游变面积喷嘴"的方法来模拟小流量工况下叶轮的非稳定流场特性。数值计算结果表明,"交错叶片"和"下游变面积喷嘴"的方法并不一定能触发离心式叶轮中的旋转失速涡团,流场参数的非定常脉动频率主要是叶片扫掠频率的N次谐波。周向机匣处理可以有效的减小叶轮上游流场的脉动幅度,而轴向机匣的减小程度很微弱。机匣中的流体主要在前缘面附近返回到叶轮主流道,这是机匣处理扩大叶轮失速裕度的一个原因。     

不同叶轮形式下离心泵噪声特性对比研究

针对具有无短叶片和有短叶片两种叶轮形式的离心泵,对设计状态下离心泵内部流场进行了全三维、非定常数值模拟,对比分析了其非定常流场特性和噪声辐射特性。流场分析表明:叶轮叶片和蜗舌的相互作用造成了叶片表面强烈的压力脉动,对长短叶片的叶轮形式,在局部增加长叶片表面压力脉动的同时,短叶片表面的压力脉动保持较低水平;同时能够有效降低泵体进口压力脉动,但出口压力脉动有所增强。以叶轮叶片表面作为声源辐射面,对比分析了两种叶轮的偶极子噪声辐射特性,结果表明:长短叶片结构通过改变声能在频域上的分布,从而能有效降低总声压级。     

大小叶片贯流风机内流特性分析与实验研究

为降低空调用贯流风机的噪声,改善音质,通过采用直叶片贯流风轮达到斜扭叶片贯流风轮的音质和低噪声特性,从而降低贯流风轮的制造成本,本文设计了大小叶片交错组合的新型非等距贯流风机,并采用滑动网格对其内流特性进行了非定常数值模拟,同时对其气动噪声特性进行了实验研究.大小叶片贯流风机的偏心涡基本稳定在叶轮中心与蜗舌相连的切线上,位于叶轮内圆周附近.风轮非定常运转时,偏心涡的涡核位置在直径为2mm的圆所围成的区域内变化.大小叶片交错组合的贯流风轮改变了叶轮与蜗舌的间距,有效地降低叶片通过频率噪声并改善了音质.采用大小叶片交错组合的贯流风轮能够达到斜扭叶片贯流风机的降噪效果.     

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。     

轴流式叶轮机械全三元流动正问题的简单近似解

一、前言 中心流面法和中心流线法一样,都是使用级数展开,从一流面(线)出发进行全流场计算.和中心流线法相比,中心流面法发展较晚.文献[1]首先使用逐个S_2流面推广展开的方法实现了文献[2]提出的使用中心流面法求解全三元反问题的想法.文献[3]进一步引入了流面坐标系,实现了直接从中心S_2流面高阶展开.本文把这种方法推广,进一步使用中心流面法求解轴流式叶轮机械全三元流动正问题.     

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。     

振荡机翼跨音速非定常粘性绕流的数值计算

以非定常Ｎ－Ｓ方程为主管方程，采用ＬＵ－ＮＮＤ混合差分格式，Ｃ和Ｃ－Ｈ型贴体运动网格，Ｂ－Ｌ双层代数紊流模型，求解绕振荡翼型和三维机翼的跨音速非定常粘性流场，分别计算了ＮＡＣＡ００１２翼型和Ｍ６机翼作俯仰振荡时跨音速非定常粘性绕流流场。研究了非定常绕流的气动特性，部分计算结果和风洞实验值作了比较。     

V型叶尖对风力机振动特性影响的实验研究

为了找到不同几何参数V型叶尖结构对风力机振动特性的影响,利用PULSE18.0结构振动分析系统结合瞬态激振法,选取振动频率范围0～400 Hz和特定激励点,获得叶轮的固有频率;在低速风洞中,通过三向振动加速度传感器测定额定风速12 m/s时不同转速所对应的振动加速度,并分析改型前后叶轮前二阶振动频率。结果表明:改变叶尖形状减小其质量后获得的V-1型叶尖叶片和V-2型叶尖叶片其固有频率均比未改型叶片要高;改型后的叶片先于未改型叶片脱离共振带,其中V-2型叶尖叶片最早脱离共振带,这对于叶片避免共振和叶片叶尖外形的设计有一定的借鉴意义。