ORC向心透平叶轮扭曲规律对其性能的影响

以环己烷为工质,进行了200kW向心透平的热力设计和结构设计,并采用数值模拟方法研究透平内部的流动情况,分析了透平叶轮扭曲规律对透平性能的影响.结果表明:所设计的向心透平对于跨声速工况有着良好的流动特性,叶轮的扭曲程度会影响叶轮流道形状和出口气流与轴向的夹角;不同的叶轮扭曲规律下,透平轮周效率变化的最大值为2.44%,叶轮扭曲规律是叶轮结构优化设计的重要影响因素.     

混流泵作透平的数值计算与试验

为探究混流泵作透平内部的流动特性,选取1台比转速为220的混流泵进行外特性试验,采用全流场和结构化网格技术对透平内部流动状况进行数值模拟,得到不同流量工况下透平内部的流场分布和压力分布,并用速度三角形对透平内部流场变化进行分析。结果表明,透平进口到出口压力逐渐降低,随着流量增加,透平进出口压差逐渐增加,叶轮内部涡漩位置和大小发生变化,尾水管内液流圆周分速度方向发生变化;透平总水力损失随流量的增加而增加,其中叶轮水力损失占比最高,因此混流泵作透平的优化应集中在叶轮部分。     

向心透平内部流动的研究

对向心透平内部的流动进行了实验与数值的研究。蜗壳内采用单斜丝热线在同一位置旋转．在三个不同的方位测量后拟合计算得到气流的三维速度。在某些特征位置与数值结果的对比，说明了数值结果的可靠性与局限性。对导叶内的流动模拟，确定了入口角度对导叶内二次流动的影响。对叶轮内流动模拟，说明了叶顶泄漏流对主流的作用，以及叶轮内部壁角涡的形成与发展。这些工作对向心透平内部流动的认识提供了参考。     

LNG流程中增压透平膨胀机增压器叶轮的数值模拟

本文以某液化天然气(LNG)流程中增压透平膨胀机的增压器叶轮为例,应用商业软件FLUENT,以RNGk-ε二方程湍流模型为基础,对叶轮内部流动进行了三维粘性稳态数值模拟.通过模拟得到叶轮内部流体的相对速度、压力分布,分析了叶轮内部经常出现的流动分离、二次流、尾迹等复杂流动现象.为减少叶轮内部的流动损失,对叶片的前缘进行了修改,并对原始设计、圆形和椭圆形前缘的叶轮流场分别进行了模拟与分析.结果表明,椭圆形前缘有效地抑制流动分离,对叶片气动性能就有良好的改善作用.     

618 kW氦氙混合工质向心透平气动设计及分析

本文针对空间核电源系统中高效、轻质的向心透平,采用一维设计结合三维数值计算的方法,设计出以氦氙混合气体为工质的向心透平.使用ANSYS CFX对向心透平的气动特点以及流场特性进行了数值模拟,分析了叶轮内部流动和损失分布情况,数值结果显示出所设计的向心透平有较好的气动性能,效率为84.4％,功率为618.3 kW,本文还...     

微型燃气轮机向心透平内部流动分析

对某2.6kW微型燃气轮机向心透平叶轮进行了全三维粘性数值模拟.分析了设计工况下通道中的二次流动现象、各个涡系的发展以及不同叶尖间隙对流动的影响.结果表明:通道内吸力面侧二次流动明显,由于通道涡、泄漏涡的共同作用,叶轮的损失主要集中于吸力面侧靠近叶顶区域;叶轮顶部间隙增加,透平叶轮通流能力下降较慢,而效率降低较快.由于刮削流的影响,使得径向间隙变化对透平效率和质量流量的影响要比轴向间隙更明显.     

基于二氧化碳工质的向心透平气动性能研究

以实际二氧化碳为工质,通过全三维黏性数值仿真模拟及试验研究的方法,对某闭式布雷顿循环系统的向心透平内部流动特性进行了详细研究。对透平内部10%、50%、90%叶高截面及30%、50%、70%流向截面的流动特性及流动损失进行总结。结果表明,数值仿真结果与试验结果吻和较好。随着叶轮转速不断提高,二氧化碳向心透平的稳定工作范围扩大,流通能力逐步增强。过大的进气攻角会造成动叶吸力面前缘出现流动分离,从而引发主流过膨胀,并沿流向出现逆压梯度。叶顶间隙泄漏流动是造成通道涡旋流动损失及叶片表面径向窜流损失的主要原因。研究成果可为以二氧化碳为工质的向心透平设计及变工况调节提供参考。     

向心透平内部流动的数值分析及叶轮的改进设计

本文对一微型燃气轮机向心透平内部的三维流场进行了数值研究。在流场模拟的基础上对原结构的内部流场进行了分析探讨,指出原设计中可以改进的地方并成功的对叶轮进行了改进设计,使向心式透平效率提高了二点几个百分点。     

多级离心泵首级叶轮内部流动的数值模拟

为了解多级离心泵首级叶轮内部流动特性,基于N-S方程和标准κ-ε湍流模型对三长三短复合叶轮和四长四短复合叶轮内部流动进行了数值模拟,获得了两种叶轮在额定工况及非额定工况下的内部流场分布并进行了分析。结果显示,四长四短叶轮可改善叶轮内部流场、提高叶轮吸力面压力,进一步阻止小流量下的脱流现象,有效提高了整个泵的扬程和效率及高效区。     

基于气液两相的导叶对液力透平内部流动规律的影响

为了研究气液两相条件下导叶对液力透平内部流动特性的影响,现选取比转速为55.7的离心泵反转作为液力透平,并在液力透平叶轮进口添加一组负曲率导叶,设计出含导叶的水力模型,研究含气工况下导叶对液力透平性能的影响。研究发现:添加导叶前蜗壳和叶轮流道内压力分布和气相分布不均匀,且含气率越高均匀性越差,过流部件内流动较为紊乱,蜗壳和叶轮流道内出现了旋涡;添加导叶后,在较高含气率工况下叶轮流道内压力分布相对均匀且混合介质的流动情况得到改善,水力损失减少;添加导叶后透平最优效率点的值要高于未添加导叶的最优效率点的值,但随着含气率的提高,添加导叶的液力透平效率比未添加导叶的透平效率下降快。     

太阳能热发电系统中透平膨胀机的性能研究

对典型槽式太阳能热发电系统中的关键设备径流透平膨胀机的气动特性开展研究。设计指定工况下径流透平膨胀机的几何结构并对其内部流场进行数值分析,获得膨胀机在设计工况及非设计工况下的性能特性。研究发现,设计的径流透平膨胀机可满足工作要求,流道中流体整体流动良好,动叶轮压力面处存在较差的流动;在较大的转速(85%n~120%n)与较大的膨胀比(80%π~120%π)的工作区间内,设计的径流透平膨胀机的等熵效率能够保持在79%以上,可以满足变工况的运行要求。研究结果对太阳能热发电系统中的径流透平膨胀机的设计及应用提供参考。     

向心透平叶轮内部的流动分析与结构优化

采用非可展直纹抛物面法设计出适用于有机朗肯低温余热发电系统的小型向心透平叶轮。对初步设计的叶轮叶片进行数值模拟分析,以验证模拟方法的正确性,并从叶轮5%、50%和95%叶高截面处分别对叶轮内部的静压、总压、温度和速度分布进行流场分析,发现初步设计叶轮结构存在优化空间。对叶轮进行结构优化和数值分析,结果表明,优化后的叶轮性能明显优于原设计,透平等熵效率提高了1%。     

离心泵叶轮内流动的油膜法测试

为了理解离心泵内部复杂的流动机理,揭示其内部的流动规律,以一叶轮形式为半开式的小型离心泵为例,采用表面油膜显示法,对其叶片及叶轮后盖板表面的流动情况进行了可视化试验研究。通过调整试剂成分比例,共设计6个试验方案,对比了不同油膜试剂的显示效果,并根据叶轮表面的流线分布对叶轮表面附近的流动情况进行了分析。试验结果证明了油膜显示法捕捉离心泵表面流动特征的可行性,为进一步理解离心泵内部复杂的流动机理提供依据。     

分流叶片周向位置设计及其对离心叶轮内部流动的影响

利用计算流体力学软件,对某高压比、高转速、小流量离心式压气机的半开式叶轮内部三维粘性流场进行了数值模拟研究。重点分析了分流叶片周向位置对叶轮内部流动和性能的影响,提出了适合此半开式离心叶轮分流叶片周向位置的设计方案。结果表明：分流叶片不同周向位置对流场影响明显,当分流叶片偏向长叶片吸力面侧时,叶轮流道内低速区增大,流动分布不均匀。研究还发现：固定分流叶片进口而将出口位置向长叶片压力面侧偏置,可以改善叶轮内部流动情况,提高叶轮性能。     

径流式叶轮周期性有限元强度振动数值研究

径流式叶轮是向心透平、离心压缩机和离心泵等旋转机械的重要部件,在工作状态下承受着巨大的离心力,其安全可靠性至关重要。以某向心透平叶轮为研究对象,基于周期循环对称叶轮强度振动有限元分析理论,建立了向心透平叶轮周期循环对称数值计算模型,分析获得了其在工作转速状态下的变形、应力、固有频率及振型,计算结果表明:向心透平叶轮的最大等效应力为113MPa,位于叶轮本体内环表面靠近进口处,该值远小于材料的屈服极限,说明叶轮满足强度要求;进一步将计算结果与整圈模型计算结果进行对比,不仅验证了周期循环对称模型计算结果的可靠性,还说明采用周期对称模型对径流式叶轮进行强度和振动分析可以在保证计算精度的前提下极大地提高计算效率。     

海洋温差能向心透平的气动设计及性能研究

通过对7.5 kW海洋温差能向心透平的蜗壳、喷嘴和叶轮进行气动设计,模拟研究了透平在设计工况及非设计工况下的气动性能。采用经验参数及遗传算法优化方法对透平的一维参数进行设计,得到一维设计结果,并据此对蜗壳、喷嘴和叶轮进行三维设计,得到透平的气动结构造型。利用CFD技术模拟研究了透平的三维流场及性能,得到透平在设计工况及非设计工况下的性能,模拟结果表明:在设计工况下,透平效率为86.5%;在非设计工况下,透平效率随着叶轮转速的增加而增大,但增加至设计转速后,透平效率增加幅度较小;随着进口温度的升高,透平效率逐渐增大;当进口压力为设计工况压力时,透平效率存在最大值;非设计工况下的透平功率基本与叶轮转速、进口压力和进口温度均呈正相关;设计工况下的最佳喷嘴-叶轮相对径向间隙为0.05,可变喷嘴叶片安装角为35～40°。     

离心泵叶轮内流场数值模拟及分析

基于计算流体力学,对离心泵叶轮内部流场进行了数值模拟。采用有限体积中心格式、时间推进解法以及N-S方程计算。得到了叶轮压力分布等值线、叶轮相对速度矢量以及二次流分布,并进行详尽的分析,揭示了叶轮内部流动情况,为优化叶轮设计提供了理论依据和技术保障。     

跨音速涡轮叶片成型方法的研究发展

随着叶轮机械向高膨胀比、高效率的方向发展,叶轮机械级内部越来越多地出现跨音速流动现象。利用数值计算模拟叶轮机械内部的超、跨音速流动,降低激波损失和强度,对提高超、跨音速叶轮机械的性能具有重要意义。     

叶片型线对纯径流式向心透平气动性能的影响

以实验室的某纯径流式可调向心透平为研究对象，应用计算流体力学软件FLUENT,比较分析了几种不同曲线为动叶叶型对透平性能的影响；在此基础上，提出以阿基米德螺线为中弧线的叶片参数化造型方法，结果得到气动性能良好的叶片型线，阿基米德螺线叶型的叶轮效率比连锁螺线提高8%;参数优化后的叶型比原曲线叶轮效率提升5%左右。以优化后的曲线为叶轮型线，在不同操作参数下，得到了透平的轴效率特性曲线。研究可为小功率向心透平的叶片设计和优化提供指导。     

新型极小展弦比叶栅的叶型研究

以数值手段分析研究了具有不同极小展弦比的改型设计的后加载透平叶栅的内部定常三维粘性流动及损失，同时对该透平叶栅在不同出口马赫数和进气角下进行平面叶栅吹风实验。数值分析结果和实验结果表明，后加载叶栅在极小展弦比下能有效控制叶栅内二次流动的形成，具有低的三维叶栅损失。