向心透平级叶轮内三维复杂流动的数值研究

对向心透平叶轮内部复杂流动在级环境下进行了全三维黏性数值模拟,结合拓扑学原理分析了设计工况和非设计工况下其内流动分离及各种涡系发展的演变过程,初步建立了向心透平叶轮内的旋涡模型,阐述了流动损失的形成机理。研究表明:向心透平叶轮内部涡系与轴流式透平存在较大差别,且流动分离及涡系主要集中在吸力面侧;设计工况下向心透平叶轮内的主要旋涡包括马蹄涡、通道涡及泄漏涡,其主要表现为通道涡与泄漏涡相互影响和掺混,是主要损失的形成原因;非设计工况下,主流在叶轮叶片前缘处发生大范围的分离及回流,造成了较大的能量损失,但二次流损失所占比例较小。     

异相脉冲进气混流涡轮非定常特性数值模拟

车用增压器双通道涡轮进口气流是脉动不同步变化的,基于稳态方法设计的涡轮在实际运行条件下的性能与其稳态性能存在差异。为了解异相脉冲进气条件下涡轮性能,改善涡轮与发动机的匹配,本文使用数值模拟的方法对最大扭矩工况对应的40 Hz脉冲频率进气条件下涡轮内部流场进行了研究。结果表明:涡轮入口两个通道内压力越不均衡,涡轮的效率和流通能力越低,叶轮入口攻角变化对叶轮流场影响很大,进口攻角随叶高变化,且与涡轮级入口压力水平有关,脉冲波还会影响吸力面的气体分离涡团。     

180°进气弯管安装角度对离心压气机的性能影响

针对车用涡轮增压器压气机进口广泛采用弯管的现实,有必要评估弯管导流进气对离心压气机性能的影响,为发动机进气管道的优化提供参考。本文对离心压气机进口接入直管和多种不同安装角度的180°弯管展开实验和数值研究。研究结果表明:弯管进气使压气机性能下降,其性能下降程度与弯管的周向安装位置有关,而且这种影响随流量增加而增大;叶轮进口的流场结构受进气管道导流、叶轮势流和下游蜗壳周向不对称性共同作用,其对应的总压畸变形态改变了叶轮进气条件,导致压气机性能不同程度下降。     

离心式涡轮增压器透平的设计与分析

离心式涡轮增压器透平具有与传统透平不一样的结构,本文对某一小流量、高转速、小轮径的离心式透平进行一维气动设计、三维流场模拟与优化以及变工况性能研究。首先,对流体工质以及流动过程进行简化处理,获得一维气动设计的结果;接着,采用计算流体力学软件对离心透平级进行数值模拟,通过改变叶片数目、叶片厚度、中弧线形状等进行叶型优化,获得更合理的流场;最后,分析不同转速、不同流量(背压)下离心式透平的变工况性能。     

向心透平稳态全工况性能预测及其实验研究

将向心透平膨胀机喷咀入口至叶轮后扩压管出口模拟为单喷管,通过理论分析,推导出向心透平稳态全工况特性通用模型框架。基于实测数据,应用广义最小二乘法,获得通流特性和效率特性二个模型。用该模型预测其它两台透平膨胀机的特性,结果表明:模型实用范围和精度都较好。因此,在设计向心透平时,它可作为典型特性模型,为全工况优化设计提供依据。     

氦透平膨胀机叶轮(理想气体)S_2流面流场计算

为保证核聚变装置EAST(Experimental Advanced Super-conducting Tokamak)氦低温系统的稳定运行,其核心部件氦透平膨胀机必须满足制冷量的要求;因此有必要用流线曲率法对低温氦透平膨胀机T2叶轮流场进行计算。经过计算得出T2叶轮子午面流场,同时也对叶轮性能进行分析,结果完全满足要求。     

某离心叶轮的CFD分析和结果确认

本文运用商业软件NUMECA对某离心压气机叶轮进行r数值模拟,并将计算结果与实验数据进行比较,证明数值模拟可以较为准确地预测叶轮整体性能以及内部流动状况.但是,数值计算无法准确模拟近失速工况,并且会夸大低速区的尺度,在模拟大流量点时会产生较大误差.数值模拟结果显示,本文用到的离心叶轮内部有明显的低速区形成,低速区会对叶轮整体性能产生很大影响.另外,本文中也就顶部间隙泄漏流对轮缘低速区的影响进行了探讨,结果表明,对本叶轮来讲,由于叶片数较少,二次流动现象明显,适度的顶部间隙产生的泄漏流能够有效抑制低速区的强度,使得效率反而有所提升.     

压水室形状对某离心泵径向力影响的数值模拟

本文采用SST k-ω湍流模型对环形压水室离心泵和螺旋形压水室离心泵进行了数值模拟,比较了两种泵在设计与非设计工况运行时叶轮所受的径向力,并对两种泵的压力沿叶轮出口分布进行了分析。分析结果发现,当运行在设计工况时,两泵的叶轮受力表现出周期性,螺旋形压水室离心泵的叶轮所受到的径向力相对更大,这是由于受到压水室自身设计和隔舌的影响,使螺旋形压水室离心泵的压力沿叶轮出口分布更加不均匀,从而导致径向力增大。此外,与设计工况相比,两泵在非设计工况运行时叶轮所受径向力更大,且在小流量时所受径向力的周期性与设计工况相比发生显著变化。     

米勒循环汽油机燃烧噪声诊断与优化*

对某搭载米勒循环增压汽油机SUV在低速高负荷区域出现的“哒哒”异响进行诊断分析及优化。噪声振动信号傅里叶变换、滤波及燃烧缸压频谱对比分析,确认异响为1～3.5kHz的燃烧噪声。通过对米勒循环结构分析,确认异响产生根本原因为小升程进气凸轮进气时间短、阻力大和增压器低速性能不足,在低速中高负荷节气门全开下,采用了过大的点火提前角,导致气缸压力急剧升高诱发高压力升高率,带来燃烧噪声。通过对异响工况点火提前角进行优化,最高压力升高率及1～3.5kHz缸压频谱成分优化明显,异响消除,且发动机性能变化不大。     

7 MW单级跨音离心透平设计与分析

离心透平作为一种结构紧凑、气动效率较高的新型透平类型,在中小型工业汽轮机以及余能利用等场所中具有良好的应用前景。本文借鉴常规透平的气动设计方法,参考某跨音向心透平的初始设计参数,以过热蒸汽为工质,进行了单级跨音离心透平的一维气动设计。利用CFX等工具根据一维设计对透平进行动静叶优化、数值模拟,并对变工况性能进行计算分析。结果显示该单级跨音离心透平具有良好的气动性能和变工况性能,设计工况效率高达87.36%,且变工况范围较宽。     

某向心式蒸汽透平的气动设计与数值研究

本文针对太阳能热发电过程中蒸汽流量小、焓降高的特点设计了一种部分进汽的向心式蒸汽透平。所设计的蒸汽透平在流量仅为2.33 kg/s、压比为3.36的工况下仍有较高的效率。通过三维数值模拟的方法分析了导叶和叶轮内部流动特性,探讨了部分进汽对通道流通能力及总效率的影响。     

汽车涡轮增压器同步谐波噪声仿真与优化

针对增压发动机急加速急减速时产生的增压器同步谐波噪声问题,该文通过噪声仿真技术进行分析与优化.首先,分析该噪声的特征与传播路径;其次,建立流场仿真模型.利用剪切应力输运湍流模型与分离涡流模拟湍流模型对增压器进行稳态与非稳态瞬态流场分析,提取非稳态流场的叶轮与压气机流道表面的偶极子声源;最后,建立噪声传播模型,计算该增压...     

航空汽油机双级涡轮增压器系统的基本模型

为进行高空大气研究或者高空无人侦察,需要使用适合于1至3万米高空低速长航时飞行的加装多级涡轮增压器的活塞发动机系统.本文对于其中的双级涡轮增压器子系统的设计和飞行高度特性分析问题,给出了基本的气动热力学方程组和辅助模型方程组.方程组考虑到最简单的压气机-涡轮共同工作特性,考虑到增压器的总体与部件的气动设计可行条件的约束,发展的计算程序还考虑到必要的一维流动约束条件.这些确保了压气机、涡轮部件的设计存在可行解并可优化.于是得到了一种比总体部件法模拟方法清晰快速得多的基本设计与分析模型.算例已分析出一般双级增压的发动机系统的全功率高度特性的基本规律和物理特征,并随之提供出飞行控制中的增压器子系统和活塞发动机的调节计划数据.     

GZ680废气透平增压器的气动热力学设计及其性能

本文介绍了GZ680增压器的离心压气机与轴流透平的气动热力学设计思想及特点。给出了压气机模化试验件的特性和增压器的平台试验结果。本增压器与柴油机进行了配机试验,显示出它的性能良好。文中给出了GZ680增压器与VTR501增压器配同一台柴油机时的性能比较。     

高膨胀比有机工质向心透平气动优化研究

本文采用NURBS曲线参数化表达和控制几何型线,结合CFD数值实验,对膨胀比为8的有机工质向心透平进行气动优化研究。跨声速喷嘴叶型型线经气动优化后,喷嘴内处于顺压梯度的加速流动状态,喉部跨声速膨胀流动得到改善,流场最大Ma降低,全工况下的叶栅总压损失系数显著减小,跨声速工况下的级组效率明显提高。叶轮子午流道型线经优化后,流道宽度变化更均匀平滑,原动叶轮吸力面分离被消除,透平级组效率也有提高。     

缘线匹配技术在轴流透平设计中的应用探索

缘线匹配技术是叶轮机非定常气动设计技术,它以叶轮机相邻叶排前、后缘线空间相对位置为非定常设计自由度来进一步提升叶轮机性能,这在叶轮机定常设计框架下是不能考虑的。本文以单级蒸汽透平设计为例对缘线匹配非定常设计技术进行数值研究,初步展示了缘线匹配的应用方法及其设计验证,数值计算结果表明缘线匹配技术为叶轮机非定常气动设计提供了有效的设计自由度。     

变面积槽式太阳能卡琳娜循环热力性能研究

本文研究了变面积槽式太阳能卡琳娜循环的热力性能,用以解决低辐照无法利用以及变辐照条件下卡琳娜循环变工况运行的问题。新系统主要包括两部分:可变镜面积抛物槽式太阳能集热器和可变流程卡琳娜循环。随太阳辐照强度减小,集热温度不变,透平入口温度不变,通过改变扩展聚光镜有效集热面积,维持集热量不变,减少变工况运行;当扩展聚光镜已经全部展开至主聚光镜两侧,而太阳辐照强度继续减小,需降低集热温度和传热介质进出口温差,降低透平入口温度,调整卡琳娜循环流程和主要参数。结果表明,新系统能够增大可利用的太阳辐照强度范围,维持集热场有效热能不变,减少系统变工况运行。     

低速燃烧系统的稳态工况的模化法则

本文是以燃烧过程的动力机理和燃烧系统的相似理论为基础,结合发动机的几种典型燃烧情况来研究低速燃烧系统稳态工况的模化法则。燃烧系统的相似与模化法则不仅与燃烧室的几何因素、燃料因素有关,而且还与燃烧的过程因素及发动机的工况有关。本文重点讨论了雾滴喷燃系统的相似与模化问题。作者推荐出临界吹熄条件下的主模化准则以及这些条件下的工况参数关系式。     

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。     

无轴双吸式血液泵内部流动分析

基于带有叶轮转子的双吸叶轮的概念,设计了一种新型无轴双吸式血液泵。为了研究血液泵的水力性能和溶血性能,对设计工况下血液泵进行了三维非定常数值模拟,同时考虑作为人类心脏用时的搏动流工况,以此为边界条件计算分析了搏动流工况下的内部流场的速度、压力和壁面剪切应力分布以及对泵运行稳定性的影响。数值计算结果表明,搏动流工况下,实现泵流量与扬程的波动输出,与非搏动流相比,其压力稳定性较差。该结果为血液泵在人工心脏、人工透析等现代机械辅助系统的应用提供有益的参考。