半开式向心涡轮多物理场耦合优化设计

本文引入叶片几何参数化模型、单向流固耦合算法和均匀试验设计法建立了向心涡轮叶片优化平台。通过对某向心涡轮内三维转捩流场、温度场和叶片固体域的求解,完成了该涡轮的流-热-固多物理场耦合优化设计,获得了最优子午面型线、叶片安装角分布和厚度分布,使其效率有所提高.结果表明:向心涡轮的等熵效率由89.2%提高到89.9%,叶片尾缘泄漏流损失明显降低,最大等效应力和最大径向变形量满足材料拉伸屈服强度和叶顶间隙尺寸要求。     

离心透平附属通流部件设计分析

离心透平的通流部件主要包括:进气道、静叶栅、动叶栅、无叶扩压器、出气道,本文对除静叶栅、动叶栅之外的附属通流部件的子午面进行设计。进气道子午面设计采用等截面法,保证级前进气均匀、轴向对称;无叶扩压器采用与叶栅等高的平行侧壁形式,最佳出口直径根据整机效率最优的原则得到;出气道子午面采用与叶栅等高的圆弧扩压弯管设计。结果表明,该方法设计附属通流部件简单易行,特别适合工程应用,以某一离心透平为例,数值模拟得到的级效率为88.51%,整机效率为90.34%,轮周功为478.9 kW,性能达到预期。     

关于1+1/2对转涡轮的基本分析和初步设计

１＋１／２（无低压导叶）对转涡轮是高性能军用发动机迫切需要的关键技术之一。本文针对该类对转涡轮展开基本分析,并以某型发动机为目标进行了 １＋１／２对转涡轮试验件的初步设计。研究表明 １＋１／２对转涡轮总效率更多由第一级决定,第二级效率一般较高;高低压轴出功比和第一级涡轮的负荷水平是表征此类涡轮设计难易程度的关键参数。     

三反射式柱面光学系统设计及优化

针对传统单片柱透镜和柱面反射镜成像光束不理想以及视场通常小于1°,提出并设计了一种三反射式柱面结构.对柱面光线追迹及单片柱面镜成像进行了深入分析,分别设计了三反射式圆柱面和二次曲线柱面系统,提出了一种基于抛物柱面镜理想线聚焦的新型像差优化方法,使其在子午面方向各视场调制传递函数得到最佳优化,并达到成像光谱仪等在狭缝方向卜高空间分辨率要求.其子午面总视场均达到了3°,在45 lp/mm分辨率条件下,边缘视场子午面方向的调制传递函数分别优于0.2和0.6.     

热斑分布方式对气冷双级涡轮气热性能影响研究

针对两种不同时序位置热斑在大冷气量燃气涡轮通道内的迁移对涡轮气动性能、叶片表面热负荷和气动激振力的影响开展了数值模拟研究,对比分析了涡轮效率、叶片表面温度分布、出口总温分布、非定常激振力时域/频域特征等,对进口热斑时序位置的选取方式进行了讨论。结果表明对于气冷燃气涡轮,与热斑正对通道中心相比,热斑正对导叶前缘可以有效降低动叶热负荷、改善第二级导叶温度分布均匀性、抑制效率下降、降低非定常激振力水平,有利于改善燃气涡轮气动热力性能。研究结果为大冷气量双级燃气涡轮热斑时序位置选取提供了依据。     

带突扩段有叶扩压器的设计与分析

本文针对离心压气机采用突扩转接段后的设计问题,初步探讨了其内部流动规律,进行了型线的优化设计。首先进行的子午面计算,确定了扩压器的型线,然后对无叶扩压器作了三维数值模拟,保证了叶片进口参数的平滑均匀。最后完成了带叶扩压器的三维计算。数值计算结果表明,出口马赫数、总压恢复系数和出气角均达到了设计要求。设计的完成为复杂扩压系统的设计与数值模拟打下了良好基础。     

基于水滴型前缘修型的超高负荷低压涡轮流动调控机理研究

本文以某超高负荷低压涡轮叶栅(载荷系数Zweifel=1.57)为研究对象,借助经过实验数据校核的高精度数值方法,采用拉丁超立方分层抽样技术参数化探究了不同水滴型弧状前缘几何对端区流动损失的影响。在此基础上,明晰了前缘修型结构引入前后端区流动特征及流动损失变化机理,对比了叶栅端区涡系结构尺度。研究表明：优选水滴型弧状前缘修型结构削弱了前缘马蹄涡强度,重构了超高负荷低压涡轮叶栅的端区涡系结构,使得栅后总压损失系数降低4.11%。研究结果为超高负荷低压涡轮端区流动控制技术的发展提供了理论支撑。     

吸力面负曲率的渐缩流道跨音速涡轮叶栅流场与性能研究

为了降低高负荷跨音速涡轮叶片流动损失,本文提出了一种在吸力面无遮盖段存在内凹型线的渐缩流道跨音速涡轮新叶型。新叶型可通过改进常规跨音速涡轮的叶型得到。数值模拟结果表明采用新叶型的平面叶栅与原叶型的相比总压损失系数降低了29.7%。通过分析新叶型的几何特征及其激波、膨胀波与压缩波的特点,揭示了新叶型使损失降低的内部流动机理。新叶型不仅能够减少气动损失,而且能够降低叶片排气的周向不均性,减小对下游叶片排边界层的非定常影响。     

某型涡轴发动机涡轮设计与分析

针对某型850马力涡轴发动机,本文采用多圆弧和五次曲线造型方法,初步尝试开展了高压涡轮和动力涡轮的气动设计。对高压涡轮静叶采用了冷却结构,以降低静叶表面温度。对其进行了CFD计算和分析,结果表明,所设计的冷却结构有效地降低了静叶表面温度;高压涡轮内部有分离存在,增大了流动损失;动力涡轮无明显分离存在。总体而言涡轮效率达到了设计要求,还需对涡轮的设计进行优化,以提高涡轮性能。     

价键优选法及其在纳米结构预测与物性研究中的应用

本文论述价键优选法作为一种新颖的理论方法在材料结构预测与物性研究中的应用, 特别是在低维数纳米结构如团簇与纳米线研究中所展示的优势. 价键优选法以原子几何构型和电子云(主要是由费米能级附近的分子轨道组成, 即广义前线轨道)空间分布来合理决定纳米结构的稳定构型的选取. 本文以硅团簇为例说明价键优选法的特点, 以及锂、钠、铍、镁等金属团簇为例说明价键优选法在结构预测与材料 物性随尺寸演化规律研究中的应用, 以锂离子在MoS纳米线中的吸附为例说明价键优选法在储能材料离子传导研究中的应用, 最后总结价键优选法的进一步发展方向. 关键词： 价键优选法 团簇 纳米结构 离子传导     

机载吊舱环控空气制冷系统分析及试验研究

随着现代信息化武器系统的发展和战机飞行速度的不断提高,机载电子吊舱热负载日益增大,采用冲压空气作为动力源的逆升压式制冷方案能够为机载吊舱提供充足的冷量,且具备结构简单、体积小、重量轻、无需消耗机载电源等优势,在我国机载吊舱环控领域具有良好的应用前景。膨胀涡轮、动力涡轮、压缩涡轮转子系统是逆升压式环控系统的核心部件,基于气浮轴承涡轮转子的效率特性,并结合某型吊舱环控性能指标要求,对动力涡轮驱动的逆升压空气循环系统流程进行匹配设计计算,用于确定循环流程参数最优值及为涡轮提供设计输入。并以吊舱环控极端工况点为依据搭建了地面试验台,进行了样机地面性能测试。     

某燃气涡轮发电机组电子组合检测系统设计

针对某燃气涡轮发电机组电子组合修理过程中存在的修理周期长、修复质量难以保证等问题,结合对当今测试系统理论和技术的研究,基于PXI总线和虚拟仪器技术,构建了某燃气涡轮发电机组电子组合检测系统,并在工厂装备修理中得到应用检验。实践证明：该系统工作性能稳定,交互界面友好,易于操作,且具有较强的扩展性。借助于该系统,能够快速准确地对故障进行定位,提高了电子组合检测的准确性,缩短了装备修理周期,提高了维修效率。     

某型低压涡轮导向器叶栅改型实验研究

实验研究了不同冲角下子午流道具有较大扩张角的某型低压涡轮导向器原型和改型叶栅的气动性能。结果表明,通过改变端壁型线扩张规律及三维叶型积迭线,改型叶片表面静压分布更加合理,叶栅的流动损失显著减小,流场结构得到明显改善,叶栅气动性能的提高表明改型是成功而且有效的。     

不同温区下准各向同性超导股线传输损耗研究

对第二代高温超导带材堆叠的准各向同性高温超导股线进行仿真，研究其在不同温区下的交流损耗。首先采用自洽模型获得20 K至77.5 K下超导股线的自场临界电流和磁场分布，然后通过T-A算法计算超导股线在不同温区下的传输不同幅值、频率的传输交流损耗。仿真结果表明，准各向同性高温超导股线在不同温区下的传输交流损耗与传输电流大小成正比，且温度越低传输交流损耗越大；不同温区下超导股线的传输损耗与频率无关。这对准各向同性超导股线应用于高场强磁体的冷却系统效率及热负荷的预估具有重要的参考意义。     

考虑冷气的某对转涡轮设计简述与流场分析

为进一步缩减涡轮轴向尺寸,提升航空发动机推重比,在考虑冷气的影响下,将某型高负荷1+1对转涡轮改型为1+1/2对转涡轮,并对其内部流场加以分析。研究结果表明,与原型涡轮相比,改型设计在叶片数大幅减少的前提下,效率略有提高且保证了原有的做功量基本不变。此外,对于此类涡轮设计,需考虑大冷气量下通流设计及叶片匹配、高出口马赫数叶型尾缘激波控制、高来流马赫数叶型设计以及高负荷涡轮叶片通道中通道涡对冷却效果的影响等问题。     

低雷诺数条件下低压涡轮气动设计

本文针对低雷诺数条件下低压涡轮效率较低的问题,提出了设计过程中应如何考虑雷诺数影响的思路,给出了适应低雷诺数环境下工作的叶片表面负荷分布形式,并进行了低压涡轮的气动设计。三维粘性计算的结果表明,应用本文所提出的负荷分布形式,能够有效的控制涡轮边界层的分离,降低气动性能对雷诺数的敏感程度,从而使得低压涡轮在高空低雷诺数条件下仍能保持较好的性能。     

凹槽叶顶冷气射流对涡轮叶尖泄漏流动的影响

涡轮叶尖泄漏流动对涡轮通道内流动损失有着显著影响,叶顶冷气射流对控制叶尖泄漏流动和改善涡轮叶尖气热性能有重要意义。本文利用数值模拟方法,研究了叶顶冷气喷射位置和喷射流量对高压涡轮凹槽叶顶间隙泄漏流动控制的影响。文中重点分析了泄漏流动结构及涡轮气动效率的变化,探讨了冷气对刮削涡这一间隙内主控流动结构演化的影响。研究表明,冷气孔位置的变化对间隙内刮削涡的演化造成了一定影响,但并未造成涡轮整体效率的较大变化;而冷气喷射流量不仅影响到刮削涡结构演化,而且导致了涡轮级效率近0.5%的变化。     

基于全叶片曲面参数化方法的涡轮气动优化

为进一步挖掘涡轮性能潜力,实现气动优化参数化降维,减少优化耗时,基于全叶片贝塞尔曲面参数化方法、多岛遗传算法和CFD求解器构建了涡轮三维优化平台。通过建立涡轮叶片吸压力面展开曲面和贝塞尔曲面的参数化映射,全叶片贝塞尔曲面参数化方法实现了叶片吸力面和压力面的同时变形控制,减少了优化控制变量,具有型面光顺性和构造便捷性。对TTM跨音涡轮开展全局气动优化设计研究,结果表明：优化历时约70 h,涡轮设计点绝热效率提升0.48个百分点,流量增加0.97%,膨胀比下降0.32%,验证了曲面参数化优化方法对涡轮气动优化问题的有效性、工程实用性和降维特性。     

冷气喷射对直叶栅型面压力及气动损失分布影响的实验研究

提高燃气涡轮比功率，降低比油耗要通过升高涡轮入口温度和压气机压比实现，但必须对涡轮叶片实施诸如气膜冷却等保护措施。Ito和Goldstein[1]，Yamamoto[2]等分别研究了冷气喷射对在叶栅气动性能的影响。本文通过实验研究了冷气喷射对叶型型面压力和叶栅流道内气动损失的影响，并得出了一些有意义的结论。1实验装置实验在哈尔滨工业大学发动机气体动力研究中心低速风洞实验台[3]上进行。图1及表1给出了实验用叶片型线（取自一典型涡轮导向器叶型），冷气喷射孔位置及静压孔分布。叶片表面前缘、吸力面后部和压力面后部开了三列孔，每列孔…     

气膜孔内流动结构对冷却效率的影响

涡轮叶片气膜孔内的流场结构对气膜射流下游的流动有着明显的影响。本文应用数值模拟的方法计算了平板上四种气膜冷却结构的孔内涡流场,从而分析气膜孔内涡结构对气膜冷却效率的作用规律。结果表明:当射流进入气膜孔并发生偏转时,气膜孔内会生成不同强度的旋转涡对;此对涡会导致气膜孔内射流能量的损失,并对主流内的肾型涡产生作用。当孔内涡对与主流肾型涡转向相同时,主流肾型涡湍流强度增加,气膜冷却效率下降;反之,当孔内涡转向与主流肾型涡相反时,主流肾型涡湍流强度降低,气膜冷却效率提升。通过对孔内涡结构的优化,文中所提的两种气膜孔改型结构能够有效地提高气膜冷却效率。