蜗壳周向流动非均匀性对可调向心涡轮性能的影响

基于蜗壳周向流动不均匀的特性,建立增压器涡轮级全周计算模型,并与试验数据进行对比,验证数值计算结果的有效性.在此基础上,根据试验数据确定边界条件进行三维黏性数值计算,重点探讨蜗壳周向流动非均匀性对可调向心涡轮内部流场的影响.计算结果表明:该增压器蜗壳周向流动的非均匀性导致导叶和叶轮内部的流场分布出现周向不均匀的特性,即导叶入口气流角周向分布变化较大,叶轮各叶片负荷和各通道流量均呈现周向分布不均匀的特点.个别叶片负荷突变,有可能诱发叶片振动,降低涡轮使用寿命.     

新型可调向心涡轮增压器导叶调节机构设计

针对目前可调向心涡轮增压器导叶调节机构存在的问题,提出了一种安装于涡轮壳体上的增压器导叶调节机构设计方案.该新方案取消了传统增压器调节机构中的定距套(或喷嘴座)结构,利用3个钝头气动叶型固定导叶来控制喷嘴环的宽度,固定导叶的安装角与增压器设计工况点相适应.新设计方案拟减小蜗壳或导叶流道中由于特定结构所导致的局部扰动,降低其流动损失,提高涡轮效率.所设计的增压器导叶调节机构安装于涡轮壳体的排气端,中间体部分不需要做任何结构上的改动,给工程应用带来便利.对新设计方案、喷嘴座结构方案和定距套结构方案进行了相同工况的数值计算,通过分别对比效率和蜗壳出口气流角周向分布,从理论上验证了设计方案的可行性.     

涡轮增压器蜗壳形状对其喷嘴出口速度场的影响

用心形线表征了一种涡轮增压器无叶蜗壳梨形流道横截面轮廓，用有限差分法计算了涡轮增压器蜗壳流场，分析了无叶喷嘴出口气流速度和气流角的分布，经与测量结果比较，两者吻合较好。在此基础上，研究了三种不同蜗壳型线对喷嘴出口速度场的影响。结果表明，C型线蜗壳喷嘴出口的总速度v和气流角α分布均匀，A，B型线蜗壳喷嘴出口的总速度v和气流角α分布不均匀。     

蜗壳型线对喷嘴出口速度场影响的研究

用心形线表征了一种涡轮增压器无叶壳梨形流道横截面轮廓,用有限差分法计算了涡轮增压器蜗壳流场,分析了无叶喷嘴出口气流速度和气流角的分布,经与测量结果比较两者吻合较好。在此基础上,研究了三种不同蜗壳型线对喷嘴出口速度场的影响。结果表明,C型线蜗壳喷嘴出口的总速度v和气流角α分布均匀,A、B型线蜗壳喷嘴出口的总速度v和气流角α分布不均匀。     

带喷嘴双通道混流涡轮的性能及流动损失机理

研究了带喷嘴双通道蜗壳的混流涡轮在不同进气条件下的涡轮性能,对比分析了近叶根进气和近叶尖进气两种部分进气工况下的流场分布,探讨了不同进气工况下的流动损失机理.结果表明:近叶尖进气和近叶根进气两种工况的流通能力相同,但后者效率高1.5%～2.5%.损失分布分析表明,近叶尖进气和近叶根进气工况下蜗壳内流动损失基本一致,但前者喷嘴内损失较高,而后者叶轮内的损失高.流场分析表明,近叶尖进气时喷嘴进口气流攻角过大导致吸力面前缘发生高强烈流动分离而产生大范围高熵增,而近叶根进气时叶轮通道内产生大尺度的"旋风涡"并产生高熵增.这两个流通部件内的流场特征差别是不同进气条件下涡轮性能差异的产生机制.该研究为带有双通道蜗壳的涡轮气动优化设计提供了理论基础.     

向心涡轮可调导叶间隙流动的数值研究

应用数值方法对某型向心涡轮的可调导叶间隙流动结构及其涡轮性能的影响作了分析,间隙尺寸分别为1%、2%、4%叶高.计算结果表明:间隙加大,涡轮效率下降,流量增加,间隙流动所造成的流动损失是结构阻力型的.间隙对涡轮性能的影响主要来自于叶轮进口气流冲角的增加与叶轮反动度的提高.简单地修正导向叶栅的流动效率,不能反映间隙对涡轮整体性能的影响.     

跨音速离心压气机级间静压测量研究

为获得车用涡轮增压器离心压气机各元件进出口及周向静压分布,开展了跨音速离心压气机级间静压测试研究。研究结果表明:蜗舌结构未造成导风轮进口静压分布周向不均匀(导风轮进口周向压力波动在2.5 kPa之内);蜗舌结构导致短叶片轮缘静压分布的周向不均匀性;同一转速下,跨音速流动最高效率工况周向静压分布不均匀;叶轮跨音速时,蜗壳沿着流动方向进行减速扩压;同一转速下,扩压器静压提升变化很小(约在3 kPa之内),而叶轮静压提升变化很大(约13～50 kPa),叶轮静压提升的改变决定压比流量特性线的陡峭程度。     

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°。     

带有可调导叶的径流涡轮气动特性的研究

采用数值模拟的方法对单级径向涡轮在导向叶栅的不同开度、不同工况下的全流场进行了三维模拟分析。研究表明,可调导叶对涡轮性能的影响是叶栅收敛度、气流冲角与出气角的综合影响。在综合考虑了导叶损失以及叶轮损失的基础上,提出了变几何径向涡轮随速比变化的调节方案。     

导叶安放角对核主泵水力性能的影响

为研究导叶安放角对核主泵水力性能的影响,对5种不同导叶安放角下的核主泵模型进行定常数值计算,并基于熵产理论分析了泵内流动损失变化。结果表明：在设计流量和大流量工况下,DY4模型的扬程和效率最高,最佳效率出现在设计流量下,相比DY1模型提升了3.68%;在设计流量和大流量工况下,DY4模型的压力和速度流线分布均匀且变化平稳,导叶和蜗壳内流动损失占比最低,高流动损失区域面积较小;在小流量工况下,DY5模型的扬程和效率最高,最高效率出现在流量比为0.8时;DY5模型导叶和蜗壳内静压明显高于其他模型,流道内速度变化均匀,导叶和蜗壳内流动损失最低。     

舰船燃气轮机变几何动力涡轮通流特性的数值研究

基于叶轮机械三维粘性值模拟技术,本文研究了一个舰船燃气轮机四级变几何动力涡轮的通流特性及其气动性能,并分析了它的主要气流参数随可调导叶转动的变化规律。结果表明,可调导叶级的通流特性将决定整个变几何动力涡轮的气动性能。关小导叶可导致可调导叶级动叶处于较大正攻角而引起吸力面分离流动;反之,开大导叶导致相应的较大负攻角造成压力面分离流动。然而关小导叶引起的吸力面三维分离涡流场将导致变几何动力涡轮的效率更显著的下降。     

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。     

发动机氧涡轮喷嘴叶栅气动特性的试验研究

对一个用于大推力液体火箭发动机氧涡轮泵的复速级涡轮的喷嘴叶栅进行了试验研究，以考察喷嘴叶栅的气动特性，验证喷嘴叶栅的气体设计。该复速级喷嘴叶栅采用先进的后加载流动控制技术，以减弱叶机的二次流损失，对喷嘴叶栅进行了四个进气口流角，三个出口等熵马赫数条件下的平面叶栅吹风试验，测取了型面压力分布，出口气流角以及叶栅损失等重要气动特性参数，试验研究表明氧涡轮的喷嘴叶栅的设计是成功的，具有良好的气动特性，可以有效地应用于液体火箭发动机的涡轮中，本研究也为该类喷雾叶栅的设计提供了有用的实验数据和指导意义的结论。     

船用汽轮机变工况长叶片技术研究

船用汽轮机具有多工况、变转速的实际运行特点,采用数值模拟方法对低压汽轮机末级长叶片进行了多工况气动优化,对原型叶片、改型叶片和弯曲叶片的总体性能,损失系数做出两种工况下的对比分析;结果表明:改型叶片、弯曲叶片使反动度沿着叶高分布更加均匀,通过优化使其在变工况时的沿着叶高的攻角值更小,可使得额定工况的效率提高0.5%-1%;而低工况的经济性能提高更多,改型叶片和后加载叶片能使变工况性能提高4%和7%左右,达到了优化的初衷:即在不降低额定效率的前提下,大幅度提高低工况下的经济性能。     

变几何涡轮动叶栅流场的PIV实验研究

对某变几何涡轮在不同导叶转角工况下进行了内流场PIV实验研究,获得了动叶叶栅流道及其下游区域详细的流场及涡量场数据,并对其进行了对比分析.结果表明:导叶转角从6°转到-6°的过程中,叶轮出口截面最大速度增加约11%,叶轮流道内部最大绝对速度增加约40.6%,气流角度单调变化,叶轮输出功率在这一过程中增加了42%;但随着导叶转角的减小,下游动叶流道的流动损失有所增加.     

低压缸进汽蜗壳气动性能试验研究

为了研究汽轮机低压缸进汽蜗壳气动性能,将某机组低压进汽蜗壳进行吹风实验研究.分析发现周向速度在三维速度矢量中占据主导,带导流结构出口速度更均匀,不带导流气流角更均匀,进汽蜗壳的流动损失随流量增加而上升,横置导叶全周进口流场不均匀,且随着流量的增大而增强.     

核用屏蔽泵冷却循环系统的辅叶轮泵性能优化

核用屏蔽泵采用与主叶轮同轴旋转的辅叶轮为机组冷却循环提供动力。因辅叶轮是采取在推力盘开孔的结构形式,结构尺寸受到推力盘的限制,其流道设计不仅必须满足机组冷却循环的要求,而且要保证结构强度和加工方便的需要。以某核用屏蔽泵辅叶轮泵为原型进行优化,通过组合4种不同出口安放角和3种不同孔数的辅叶轮,采用基于多工况三维数值模拟的性能预测方法对比分析出口安放角和孔数在变流量工况下对辅叶轮泵性能的影响。结果表明:辅叶轮孔出口安放角的变化会影响辅叶轮泵的性能,适当减小辅叶轮孔的出口安放角能提高辅叶轮泵的扬程和效率,使蜗壳的流动趋于更加稳定,并减小了蜗壳的水力损失;辅叶轮孔数的增加能有效提高辅叶轮泵的扬程;当45°出口安放角与8孔搭配时,辅叶轮泵的性能最佳,扬程比原始方案提高3.2 m,效率提升2%;出口安放角及孔数的选择搭配有利于辅叶轮高效稳定运行。     

向心涡轮可调导向叶栅内流动损失机理的分析

通过对向心涡轮可调导向叶栅三维流场数值模拟,分析在不同叶片安装角下,可调叶片表面静压系数和出口总压损失系数的变化规律。导叶安装角从21°增加到44°,通流面积调节范围为50%～116%设计通流面积。结果表明:叶栅开度减小时,叶片的气动负荷增加,总压损失增加。与设计工况相比,导叶关小15°总压损失增加了1倍多。叶栅端部间隙增加了导向叶栅的流动损失,间隙增加2%,损失增加1.5%,端部损失范围从20%叶高增加到40%叶高。叶栅开度减小,端部损失与叶型损失的变化较小,而间隙损失无论是数量还是占总压损失的比重都明显增加,是非设计工况下总压损失增加的主要原因。     

提高超低比转速离心泵效率的方法

针对轴封、轴承、叶轮圆盘摩擦引起的机械损失及泵内水力损失、容积损失导致超低比转速离心泵效率低的问题,提出了尽可能提高水泵转速、选择较大的叶片出口安放角、增大叶片出口宽度、适度增加泵体喉部面积、采用长短叶片相结合的复合式叶片等5种方法可有效提高超低比转速离心泵效率,并采用试验模拟方法验证了复合式叶轮泵效率(49.49%～54.14%)比4叶片普通叶片泵效率(43.80%)提高了5.69%～10.34%,节能效果显著.     

蜗壳截面变化规律对蜗壳内流动及其出口参数的影响

为了研究涡轮蜗壳截面变化规律对蜗壳内流动及其出口气流参数的影响,建立了三种不同截面积变化规律的蜗壳模型.通过CFD方法研究了不同流量时,不同蜗壳内的流动情况,分析了蜗壳内流动及其出口气流参数的变化规律产生的原因.通过对比分析,发现蜗壳截面面积变化规律对蜗壳内流动及其出口参数有显著影响.同一蜗壳在不同流量下,其出口速度及气流角的变化规律曲线基本相同,但绝对值随流量的降低而下降.