周向前弯轴流风扇转子叶顶泄漏流动研究

以低压轴流风扇3个代表性的周向前弯角(前弯1.27°、8.3°和25°)的叶轮作为研究对象,对三维粘性流场进行了数值计算,并对出口损失进行了试验测量,计算与测量结果能够较好地吻合。结果显示,叶顶泄漏涡的起始位置随着叶片周向前弯角度的增加而沿叶弦后移,逐渐接近叶片后缘,但旋涡的强度并不是一直增大,达到某一前弯角度以后,泄漏涡由于受到叶片尾迹的影响而减弱。由此反映出,较大的前弯角度的叶轮,叶顶区域流动变得更加复杂,同时对上端部损失的影响因素增多,包括了泄漏涡、二次涡、尾迹以及它们之间的相互掺混。     

周向弯曲方向对弯掠叶片小流量工况下气动-声学性能的影响

对周向弯曲低压轴流风扇的气动-声学性能进行了数值模拟和试验验证,讨论了不同流量和不同周向弯曲方向对叶栅做功能力、稳定工作范围和叶顶泄漏声源特性的影响规律.结果表明:随着流量减小,周向弯曲使叶栅叶顶区域栅的气流轴向做功能力增强,周向做功能力减弱,叶片负荷减小,周向后弯的效果最明显;周向前弯曲改善了端壁附近的流动状况,是拓宽叶轮的稳定工作范围的重要因素;周向弯曲可增加叶顶泄漏涡的稳定性,减弱叶顶泄漏涡区的Powell声源强度,周向前弯效果最好.叶顶泄漏声源特性随流量变化的规律与宏观声学表现一致.     

周向弯曲方向对NACA65翼型轴流叶轮叶顶间隙流动影响

本研究采用三维气动设计方法设计了具有NACA65-810翼型的直叶轮、周向前弯和周向后弯叶轮,并采用计算流体力学软件模拟其气动性能,分析了压力峰值工况和设计工况下3个叶轮叶顶泄漏流和泄漏涡的空间发展和叶顶间隙部分静压损失以及熵分布。结果表明:直叶轮引入周向前弯后,叶顶泄漏流的卷吸能力降低,泄漏涡起源位置向远离叶片前缘的方向迁移,泄漏涡涡心径向高度得到了保持,降低了叶顶泄漏涡与主流的干涉作用;引入周向后弯后,泄漏流的卷吸能力增强,泄漏涡的起源位置向靠近叶片前缘的方向迁移,远离叶片前缘的涡心径向高度显著降低,涡核下游弥散范围扩大,增强了叶顶泄漏流与主流的干涉作用,不利于降低叶顶泄漏损失。     

端壁相对运动对压气机叶栅间隙流场影响的数值模拟

压气机端壁与叶片间的相对运动是影响叶顶间隙气流流动的重要因素.采用数值模拟的方法考察了端壁运动对不同叶顶间隙压气机叶栅内三维流场的影响.结果表明:端壁相对运动改变了叶栅间隙流场结构,叶栅通道内出现向相邻叶片压力面运动的刮削泄漏涡,上通道涡及叶顶分离涡受到抑制,叶尖负荷增大,间隙泄漏流量增加,叶栅总损失由于叶顶区掺混损失减少而减少.     

离心压气机轮缘压力及间隙泄漏非轴对称现象研究

蜗壳通常被设计成螺旋状结构,其几何结构的周向不对称诱发蜗壳内部流场周向分布不均匀现象,会对压气机内部流场造成显著影响.采用试验和数值结合的方法,对两种流量工况下离心压气机内部的非轴对称流动特性进行研究.结果表明:压气机轮缘静压在周向上的分布具有与蜗壳内部相同特征的非轴对称形式;下游流场畸变在向上游逆向传播过程中对上游的影响逐渐减弱;叶轮出口轮缘周向的高压区传播至叶轮进口时,与叶轮出口高压区的周向位置存在相位差.在不同流量工况下,轮缘周向静压分布不均导致叶顶间隙泄漏流在周向的分布存在差异.在小流量工况下,泄漏流量呈现先减小后增大再减小的波动分布;在大流量工况下,泄漏流量呈现先增大后持续减小分布.     

端壁运动对自发射流抑制叶尖泄漏影响的数值研究

通过数值手段分析了端壁运动对带有叶尖自发射流的叶栅流场特性、叶顶间隙泄漏流量特性及叶片周向载荷分布特性的影响。结果表明:端壁运动的反向刮削作用会显著影响间隙附近流场,随着端壁运动速度增大,泄漏涡和上通道涡会逐渐向叶片吸力面靠近,同时,泄漏涡强度逐渐削弱,而上通道涡强度逐渐增强,平均总压损失增大;端壁运动对叶尖自发射流抑制泄漏流的效果有放大作用;端壁运动会显著改变叶尖吸力面附近静压系数的分布,使其具有后加载的特性。     

斜流工况下喷水推进器叶轮空化特性的数值研究

针对喷水推进器斜流工况时叶轮内部的空化问题,采用SST k-ω湍流模型和Zwart空化模型,对不同斜流角下的喷水推进器流场特性进行了数值模拟,获得了斜流角对喷水推进器水力性能、叶片表面空泡分布以及叶顶间隙区空化分布等方面的影响特性。结果表明：斜流角〖JP2〗从0°逐渐增大至40°时,推进泵的质量流量、扬程增加,效率则递减,约减小了3%;随着斜流角增大,依次影响多个叶片表面的空化分布,叶片表面空化区域从吸力面进口边向出口处不断发展;叶顶尖隙内的泄漏流、叶顶泄漏涡及卷吸区的空化范围随斜流角的增大不断扩展,并发生相互干涉和混合,最后叶顶区空化趋于稳定状态;随着斜流角的增大,叶顶进口附近处的空化和涡量分布发展规律具有相似性。     

抑制叶顶间隙泄漏的叶轮机械叶片的流场模拟

根据叶顶间隙流对叶轮机械的性能有重要影响这一特性,设计了一种叶片.该叶片顶部带有"燕尾冠",在叶顶的压力侧和吸力侧都形成"倒钩".通过对带有"燕尾冠"的叶片和一般的叶片的流场进行数值模拟,在同等条件下比较两者之间压气机的总体性能、流场特性以及叶顶间隙的泄漏量的区别,得到优化设计后的"燕尾冠"叶片能较好的保持住叶片表面的压力,削弱了叶顶间隙泄漏涡的产生和减少了通过叶顶间隙的泄漏量.数据结论为改进和提高叶轮机械的运转性能提供参考依据.     

基于CFD的悬臂式多级离心泵径向力与轴向力研究

为提高悬臂式多级离心泵的运行稳定性,以某不锈钢悬臂式多级离心泵为例,采用Pro/E与ICEM软件完成全流场三维模型与网格划分,在ANSYS CFX中选取RNGκ-ε湍流模型方法,研究了以全流场非定常数值计算为基础提取得到的计算模型在多个典型工况下作用在叶轮上的径向力和轴向力。发现外特性曲线的模拟值和试验值吻合良好,说明径向力与轴向力的数值预测规律能够反映泵运转状态下的实际变化规律。分析结果表明,各级叶轮在一个单旋转周期内所受径向力较小,且分布不均匀;随着流量的增大,各级叶轮所受径向力均呈现先减小后增大的趋势,在设计点工况达到最小值;各级叶轮所受到的轴向力随流量增大而逐渐减小,首末两级叶轮较大,第二与第三级叶轮较小;总轴向力大小与流量呈现非线性关系,流量越大轴向力减小越快;随着流量的增加,单个周期内的总轴向力出现脉动频率等于叶轮和导叶叶片数最小公倍数的周期性现象。     

扭叶片正弯对叶栅通道内二次流动影响的数值分析

以某汽轮机高压级动叶为研究对象,采用κ-ωSST模型、SIMPLEC算法数值模拟了正弯扭叶片叶顶间隙泄漏涡的形成和发展过程及其对叶栅通道二次流的影响。结果表明:相对于常规扭叶片,汽流在正弯扭叶片吸力面附近形成的泄漏涡的影响范围和对通道主流的扰动变小,且叶顶间隙的增加削弱了正弯扭叶片吸力面的"C"型压力梯度,使得叶片两端部附面层厚度增加,造成了叶片端部损失的增大。     

低流阻系数轴流式止回阀的内部流场分析

为了设计公称直径为DN200的低流阻系数轴流式止回阀,并准确分析其压力损失和流阻特性,在其原有的结构基础上,用汇源法设计止回阀的阀芯结构,得到结构优化后的轴流式止回阀。基于FLUENT(商用计算流体力学)软件提供的标准k-ε两方程湍流模型,对结构优化后的轴流式止回阀进行三维流道数值模拟,求解出不同工况下的压力云图和速度流线图,计算出优化后的止回阀流阻系数在0.272以下,小于优化前的0.4。最后,总结出进口压力、进口速度与流阻系数之间的关系。计算结果表明:在止回阀流道结构保持不变的情况下,影响止回阀流阻系数的主要因素是进口平均速度,随着进口流速的增大,止回阀的流阻系数呈逐渐减小的趋势;在进口速度保持不变的情况下,进口压力的变化对止回阀的流阻系数影响较小。     

气固两相分支流动的流动特性研究

本文选择了两种平均粒径相近(均为2 mm),密度不同的固相颗粒(空心玻璃珠和小米)作为输送原料进行管网分流分析,通过逐渐降低来流输送空气流量,依次改变气固两相流体固气质量比、两分支管路间夹角的大小等因素,对比两种固相物料在分支管路中各自阻力特性的变化和两分支管路相互间的压差变化规律。     

流量公式中流量系数与速度系数关系的改进

在汽轮机通流部分流量的计算占有很重要的作用,而公式中流量系数是一个非常关键的参数,流量系数对流量的精确度影响很大。文中针对传统流量公式中流量系数与速度系数之间关系的不准确性,对两者之间的关系进行了修正,使流量系数和速度系数的求解更加细化,通过推导找出了一个修正系数,使二者关系得到了改进,使得流量的求解值更加精确。     

全冠与部分冠轴流涡轮流动的数值模拟

采用数值模拟方法对某1.5级轴流带冠涡轮的流场进行了研究,分析了全冠、部分冠以及改进的部分冠密封的流场及总体参数。研究结果表明,相对于全冠密封,未改进的部分冠密封降低了涡轮的效率,而改进的部分冠使效率提高到与全冠基本相等。由于叶冠容腔泄漏流周向速度与主流速度不同,导致90%以上叶展出口气流角小于主流的出口气流角,与未改部分冠相比,改进的部分冠减小了这种气流角差别和掺混损失。未改部分冠前部存在压力面向吸力面的横向流动,这种流动造成很大的损失,而改进的部分冠密封减弱了这种横向流动。     

层流床反应炉气流和温度的设计

层流炉在热解和气化动力学等领域有了大量应用,但是仍存在一定的问题,自行设计了层流炉,并引入将二次气流预热的方法,使得炉内流动满足严格层流要求。利用热电偶对炉内温度场进行了测定,结果显示层流炉内温度分布均匀,温差在接受范同内,二次气流能够使得加热段人口处温度分布更加均匀,升温速度更快,并对实验室规模层流炉的设计提出了建议。     

Correlation of the Flow Pattern and Flow Boiling Heat Transfer in Microchannels

Flow boiling in microchannels is characterized by the considerable influence of capillary forces and constraint effects on the flow pattern and heat transfer. In this article we utilize the features of gas–liquid flow patterns in rectangular microchannels under adiabatic conditions to explain the regularities of refrigerants flow boiling heat transfer. The flow-pattern maps for the upward and horizontal nitrogen–water flow in a microchannel with the size of 1500 × 720 μm were determined via dual-laser flow scanning and compared with corrected Mishima and Ishii prediction. Flow boiling heat transfer was studied for vertical and horizontal microchannel heat sink with similar channels using refrigerants R-21 and R-134a. The data on local heat transfer coefficients were obtained in the range of mass flux from 33 to 190 kg/m²-s, pressure from 1.5 to 11 bar, and heat flux from 10 to 160 kW/m². The nucleate and convective flow boiling modes were observed for both refrigerants. It was found that heat transfer deterioration occurred for annular flow when the film thickness became small to suppress nucleate boiling. The mechanism of heat transfer deterioration was discussed and a model of heat transfer deterioration was applied to predict the experimental data.     

含气率对混流泵压水室流场的影响分析

为了研究含气率对混流泵压水室内的流场影响,以某厂生产的导叶式混流泵为研究对象,应用商业CFD软件进行数值模拟分析,得到在不同份额含气率条件下压水室内部的流场特性。结果表明:混流泵压水室出口处的流速要比其他位置上的流速大,不符合压水室出口处能量转换的定律,而且随着含气率的增大混流泵压水室在径向流道方向上的压力也在不断增大,并在压水室外壁上出现局部的高压现象,这对混流泵压水室强度有一定的考验。在靠近导叶出口处的压水室内有大量的气体聚集,影响混流泵的运行稳定性。     

发动机进气测量层流流量计的研制

介绍了自行开发的用于发动机进气测量的层流流量计,该流量计基于气体在层流段流量与压差成正比的原理设计。实际应用表明,该流量计较好地解决了发动机进气流量测量中存在的进气脉动大、测量范围广等问题,具有测量精度高,量程比大,阻力小等优点,可用于发动机进气测量及性能标定。     

来流条件对排汽缸内非轴对称流动的影响

研究了大功率汽轮机低压缸排汽在不同气流角及不同总压分布下的流场,以模型为对象进行了三维流场的数值模拟.结果表明:排汽缸入口较大的旋流角会恶化排汽缸性能,而总压沿径向变化梯度为负时则有利于改善排汽缸气动性能.基于这一结果提出了通过改变总压分布抑制由于来流方向对排汽缸性能产生的负面影响的方法.     

扇贝阻尼密封阻塞流动特性研究

为探明扇贝阻尼密封在不同阻塞状态下的静态稳定性,应用计算流体力学方法研究阻塞、非阻塞工况对扇贝阻尼密封静态刚度与气流力的影响规律。研究表明：阻塞工况下,不同错开角及中高长径比下密封气流力、静态刚度均随偏心率增加而降低,低长径比密封气流力在高偏心下较大;非阻塞工况下,不同错开角、长径比的密封气流力随偏心率增加而增大,高偏心率下静态刚度较小,非阻塞工况密封静态稳定性高于阻塞工况;由于进出口压差存在,使得扇贝阻尼密封马赫数在进出口两端增长较大,非阻塞状态进出口段马赫数变化幅度小于阻塞状态。