扩压器叶片前缘开槽结构降噪特性研究

采用大涡模拟技术以及FW-H积分方法数值模拟离心鼓风机内的非定常湍流场及其远场辐射噪声,研究了扩压器叶片前缘开槽参数对离心鼓风机噪声的影响规律及作用机理。结果表明:带有开槽结构的扩压器可抑制或延缓扩压器叶片表面的附面层分离,起到均匀流动的作用,从而抑制流动噪声源的产生;离心鼓风机的噪声性能与叶片前缘开槽几何参数相关,当相对槽长L/C=0.3、相对槽高h/H=0.1时,测点总声压级最大可降低20 dB;从整体上看,固定相对槽长、改变相对槽高的模型降噪效果要优于固定相对槽高、改变相对槽长的模型。     

类球形压水室的混流式核主泵压力脉动特性

在对带球形压水室的核主泵进行全流道三维非定常流场数值模拟的基础上,通过对5个典型工况下其主要过流部件中的压力脉动时域与频域特性进行深入分析,寻找引起压力脉动的因素和探讨运行工况对压力脉动特性的影响。结果表明:叶轮与空间导叶的动静干涉是引起压力脉动的主要因素,叶轮、空间导叶和球形压水室的几何参数决定其压力脉动的主要特征;压力脉动主频为叶频,其幅值取决于运行的体积流量,设计工况下的幅值最低;压力脉动幅值沿叶轮进口向出口逐步增大并在叶轮出口达到最大值,然后沿空间导叶的进口向出口逐步减小;在小体积流量工况时,流道中的不稳定流动会产生更为复杂的压力脉动;在同一圆周上,叶轮进口区域的压力脉动特性并不一致,叶片背面脉动幅值大于叶片正面,而在不同工况下叶轮出口区域叶片正、背面的压力脉动特性差别不大;随着运行体积流量的减小,因球形压水室中产生的涡流和回流影响,叶轮内的中高频脉动幅值增大,若运行体积流量过小,整个流道中的脉动幅值都将明显加大;球形压水室对设计工况及大体积流量工况的压力脉动影响很小,但对小体积流量工况下的脉动影响较大,使得脉动的频率特性更为复杂。     

叶轮进口边型线对两级离心泵空化及非定常流动特性的影响

针对叶片进口边型线对两级离心泵空化及内部非定常流动特性的影响,在保持泵体和其他几何参数不变的情况下,通过改变第一级叶轮叶片进口边曲率,计算了两级离心泵内的空化及非定常流动。获得了空化性能曲线、第一级叶轮流道内测点的压力脉动和第一级叶轮的受力情况。结果表明:进口边对临界空化余量、压力脉动和受力情况的影响不具有单调性,而是存在最优值;压力脉动的主导频率为15倍轴频,并且压力脉动出现高幅低频现象;轴向力和径向力的脉动主频分别为轴频和2倍叶频;径向力的波动幅值远小于空间x,y方向受力的波动幅值。     

叶片厚度分布对两级离心泵空化性能的影响

针对叶片厚度分布对两级离心泵空化性能的影响,通过对第一级叶轮叶片的厚度分布进行优化,研究其对泵外特性、压力脉动以及流体激励力的影响。结果表明：采用线性厚度分布的对称叶片时,前缘厚度对空化性能的影响最大,叶片越薄,泵的抗空化能力越强;随着尾缘变厚,压力脉动幅值向叶轮进口方向偏移,且随着叶片厚度减小,压力脉动幅值相应减小。第一级叶轮流道内的压力脉动主频为干涉叶频,保留高幅低频的宽频特征,所受空间三向力的脉动主频为2倍叶频,轴向力较小,脉动幅值较低,径向力的主要信号成分是叶频和2倍叶频。     

斜流泵压力脉动模型试验研究

为探究斜流泵叶轮进出口处压力脉动的分布规律,通过模型试验测量斜流泵在不同叶片安装角度及扬程下叶轮进出口的压力脉动,运用时域和频域分析法对比分析压力脉动。结果表明,当扬程低于额定扬程时,随着扬程增加,泵运行趋于稳定,压力脉动相对幅值逐渐减小,当扬程达到额定扬程后,压力脉动相对幅值达到恒定值;叶轮出口处离转轮位置较近,受叶片旋转作业的影响较大,导致出水流道处压力脉动相对幅值较进口处大;叶轮进口处压力脉动频率以3倍转频为主,2倍转频脉动干扰较明显;叶轮出口压力脉动较复杂,在6倍转频处波动最大,同时伴有低频脉动。研究成果可为斜流泵设计与管理提供理论依据。     

带无叶扩压器离心压气机的稳定性分析

结合实验数据,采用数值模拟方法对某带无叶扩压器离心压气机的性能与稳定性进行了详细分析,比较了设计点与近失速点下无叶扩压器内部的流动特征．结果表明：在发生喘振瞬间,扩压器进口最先出现了压力崩溃;扩压器进口流动特别是轮盖侧流动是导致压气机失稳的重要因素,对扩压器进口逆叶轮旋转方向的轮盖侧啧蒸汽能够提高扩压器的稳定性．     

仿生叶片在离心风机上应用的数值分析

为了探究仿生叶片对离心风机气动性能、流场和声场的影响,将波形前缘、锯齿尾缘和表面凹坑3种仿生结构应用在离心风机叶片上,并对其流动和噪声辐射进行了数值计算.结果表明:表面凹坑结构抑制了叶片吸力面上的分离流,提升了离心风机的全压和效率,但蜗壳壁面附近的压力脉动幅值增大,最终使噪声不降反增0.85 dB;锯齿尾缘型风机虽然做...     

离心压气机弯管进口畸变非定常特性

采用数值模拟计算的方法研究了90°弯管对涡轮增压器装配的离心压气机进口流场产生的畸变,比较了两种不同轴向位置弯管所致的进口畸变对压气机性能的影响,并对压气机内部的三维非定常流动进行了频域分析.结果表明,弯管畸变对离心压气机性能的恶化程度与弯管所在位置有关,距离叶轮进口较远的弯管影响较大.畸变引起压气机性能在大流量时有明显降低,在小流量时性能恶化程度较小.弯管畸变导致叶轮进口前的压力脉动增强,大流量时改变了叶轮流道上游和叶顶间隙内的压力频谱结构,显著提高了转子基频的扰动强度.同时畸变也造成了叶片振动和蜗壳舌部噪声的恶化,在小流量工况下的作用更加明显.     

三级轴流式油气混输泵内流场压力脉动特性

为研究轴流式油气混输泵含气工况级间相互影响以及流道内压力脉动特性,应用Fluent软件数值模拟了三级油气混输泵在设计流量下的全流场瞬态,获得了混输泵内两相运动特征和流动部件内压力脉动情况,并分析了压力脉动时域和频域。结果表明,动静干涉是产生静压波动的主要因素,静压波动均值从入口到出口逐渐增大,级内动静交界处耦合作用较小,级间动静交界处耦合作用则较为明显。各级压缩单元叶轮进口均为脉动最剧烈的地方,距离叶轮进口越远,压力脉动幅值越小,在叶轮出口达到最小。在压缩单元内,流动方向的压力脉动主频幅值逐渐降低。首级叶轮出口、二级叶轮中间和出口以及末级叶轮中间位置压力脉动频率主要为2倍叶频,其他监测点压力脉动频率均为1倍叶频。气相对压力脉动频率影响较小,仅影响幅值。研究结果可为混输泵的结构优化设计及流动诱导振动控制提供参考。     

离心压气机优化设计与流场仿真分析

采用正问题设计方法设计了一个压比为4.2的离心压气机模型。根据压缩系统边界条件约束,首先进行了一维计算,获取叶轮的轮廓图,然后采用参数化建模方法建立了含分流叶片的三维模型,运用CFX软件对不同叶片稠度下的叶轮气动热力学进行了对比数值计算,分析叶轮内部流场及其性能,最终选定9叶片的叶轮为最佳方案。在扩压器的设计方面,提出了一种叶片高度逐渐增加的有叶扩压器模型,并使用CFX对设计的扩压器模型与普通的扩压器进行了数值计算,定量分析其扩压机理及其总压损失特性,计算结果表明所设计的扩压器扩压效果明显优于普通的扩压器。所得结果可为离心式压气机的气动设计提供理论参考。     

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。     

小流量模型级叶片扩压器对叶轮的冲击

数值试验结果表明了某离心压缩机小流量模型级采用有叶扩压器可以显著提高模型级的效率,然而由于考虑到有叶扩压器可能对于叶轮造成冲击,因此在有叶扩压器的使用问题上需要非常谨慎。在扩压器叶片前缘与叶轮轮缘的距离较近位置的前提下,在不同流量下对其进行非定常数值模拟研究,研究叶片扩压器存在时叶轮上的压力脉动。结果表明,叶片扩压器对叶轮有着强烈的冲击。     

混流式核主泵中压力脉动特性分析

核主泵是反应堆冷却剂系统的主要设备和压力边界的设备之一,对安全可靠性要求极高。由于核主泵叶轮与导叶的动静干涉作用,以及运行过程中偏离设计工况时,其流道内流体会产生非常复杂的压力脉动,并会对核主泵水力单元零部件产生复杂的附加动态应力而导致疲劳破坏。为提高核主泵的安全可靠性,采用对混流式核主泵进行全流道非定常数值模拟途径来探究核主泵水力单元,在不同运行工况下的瞬态流场,通过研究叶轮、导叶流道压力的时域变化规律,并利用快速傅里叶变化的频域分析方法对压力脉动特性进行特点分析。结果表明:在设计工况下压力脉动幅值最小,若运行工况的流量远远低于设计工况,流道内的压力脉动幅值将大幅度上升,压力脉动最为剧烈点位于叶轮出口。流量的减小对叶轮出口流动影响较小,但对叶轮进口影响较大。压力脉动的频率与叶轮叶片数和导水机构的导叶数有关,叶轮与导水机构的压力脉动主要发生在主频及谐波位置,且为低频压力脉动。     

考虑进气预旋的离心压缩机流动的数值分析

对某单级离心压缩机内的流动进行了数值模拟.计算结果表明,扩压器内压力最大的位置出现在蜗舌附近;当进口无预旋或预旋不大时,叶轮内流动参数的周向分布和一周叶片的受力情况是不对称的;在进口大预旋条件下,除蜗舌附近的周向位置外,叶轮内流动参数和主叶片受力趋于周向对称分布.     

叶片前缘不同后掠角对离心压气机气动性能的影响

采用全三维气动设计技术,设计了4种具有掠角叶片和带翼型叶片扩压器的涡轮增压跨音速离心压气机,并采用数值模拟手段研究了叶片前缘不同后掠角对压气机内部工质流动的影响。研究结果表明:主叶片前缘不同后掠角会使压气机堵塞流量(堵塞工况下的工质流量)增加,提高压气机流通能力,同时,可以有效改善通道内低能流团的分布;但由于主叶片轴向弦长缩短,会造成喘振裕度的减少,以及主叶片前缘脱体激波角增大和槽道激波的增强;对截面二次流分析结果表明:叶片前缘的后掠角对二次流的影响主要表现在叶轮进口附近,对出口影响不大。对比不同前缘后掠角压气机内部流动情况发现,掠角越小,叶片叶顶负荷越小,叶片表面压差也越小,流动越稳定;掠角越大,虽然叶轮通道上游产生的激波越强烈,但是可以明显改善通道下游气流流动情况。     

1000MW级核主泵内部非定常流动特性

为了对1000 MW核主泵内部流场进行深入分析,应用商业计算软件CFD对核主泵进行了非定常数值模拟,得到主泵内部压力脉动特性。结果表明:核主泵内部压力脉动呈现周期性变化,叶轮叶片对流体的影响频率为转频f=24.2 Hz的整数倍及其谐波;在叶轮内脉动幅度从叶片前缘到后缘逐渐增加,而在导叶内从叶片前缘到后后缘逐渐减小,在泵壳内变化相对较小;不同工况下,脉动幅值在额定工况下最小,在小流量工况时最大,并且偏离额定流量越多,压力脉动越严重。     

无叶扩压器内的射流-尾迹型扰动分析

假设扩压器内部流动为不可压缩的二维流动,采用小扰动方法建立了无叶扩压器的状态矩阵模型,并利用文献中数据对扩压器进口的射流一尾迹型扰动进行了分析.结果表明:径向速度扰动衰减比切向速度快;径向速度扰动衰减的快慢主要受进口流量的影响,进口相对流动角对其影响不大;叶轮叶片数对扰动衰减也有一定影响,叶片数越多,沿径向的速度扰动和角动量衰减就越快;叶轮和有叶扩压器之间的无叶空间可能是引起压缩机失稳的关键因素.模型分析和已有文献十分吻合,验证了模型的正确性.     

一种新型叶片扩压器的联合处理方法

以机翼扩压器为研究对象，对某船用涡轮增压离心压气机性能进行数值模拟．首先将扩压器叶片进行低稠度处理，在此基础上再进行叶片根部开槽处理，以研究低稠度与开槽联合处理对整机性能的影响．结果表明：低稠度处理可在全转速范围内拓宽流量范围，但失速边界发生整体右移；低稠度与开槽联合处理能够保持堵塞流量不变时，在全转速范围内增大失速裕度，在进一步拓宽流量范围的同时，解决失速边界偏移问题，可使高转速下稳定工作流量范围甚至超过无叶扩压器的2倍，但同时联合处理也降低了气动性能，仍高于无叶扩压器性能；槽道的径向位置是开槽处理的关键参数，除了影响流量范围大小外，还会使峰值效率点的绝热效率、总压比分别产生近4.0%、1.5%的波动，因而需优先确定．     

超临界氦气离心压气机流场分析

设计了一个包含离心叶轮、扩压器和回流器的单级超临界氦气离心压气机,并采用数值模拟方法对设计结果进行了三维数值模拟分析。通过对总特性、叶表压力分布、展向参数分布以及三维流场的分析,得到了高负荷超临界氦气离心压气机各部件内部的典型复杂流动特点。研究结果表明：相比常规工质,超临界氦气离心压气机单级压比较低,但叶轮与扩压器的负荷和级效率较高,且超临界氦气整体流动为亚音流,只在叶片前缘局部出现超音区。     

自循环机匣处理对某型柴油机增压器压气机的稳定工况范围及性能影响研究

针对某型柴油机增压器压气机,基于整级全通道数值模拟和正交试验设计方法,研究了自循环机匣处理实现高亚声速压气机扩稳增效的潜力。结果表明：自循环机匣能够在提高设计点气动性能的前提下推迟失稳,但会牺牲堵塞流量。压气机的失稳和堵塞流量分别与叶片前缘及叶片扩压器中的堵塞程度相关。小流量侧自循环机匣通过抽吸叶轮叶顶附近低能流体,缓解堵塞,推迟失稳。但在大流量侧自循环机匣的喷射效应会增大扩压器进口攻角,加剧扩压器叶片流动分离,减小堵塞流量。抽吸效应与喷射效应强度均取决于抽吸槽的位置和宽度,压气机稳定性和堵塞流量与抽吸槽参数的变化基本呈负相关。自循环机匣对气动性能的影响包含两方面：在抽吸槽前,经回流槽流出的流体与主流的掺混及其产生的进口畸变将带来额外的效率和压比损失,适当减小回流槽角度可以降低该损失;在抽吸槽下游,得益于抽吸效应对叶顶流动状态的改善,压气机抽吸槽附近及下游高熵区减小,做功能力增强,气动损失大幅降低。在上述两方面共同影响下,压气机设计点气动性能最终得以提高。