基于CFD的导叶进口角对轴流泵水力性能的影响

为研究后置导叶进口安放角对轴流泵水力性能的影响,在常规导叶基础上将导叶分为进口段和出口段两部分,运用数值模拟的方法研究了5种导叶进口安放角对轴流泵泵段水力性能的影响。结果表明,轴流泵在偏离设计工况下运行时,通过调节导叶进口角度可以减小导叶进口冲角,改善导叶体内流态。在后置导叶原设计进口角度的基础上,沿旋转轴顺时针调节适当角度可提高大流量处的泵段效率,逆时针调节适当角度可提高小流量处的泵段效率。不同导叶进口角主要是保证多种工况下水流无撞击进入导叶室,对泵段的其他过流部件水力性能基本无影响。研究成果有助于轴流泵导叶性能的优化设计。     

基于多元非线性回归损失及落后角模型研究

针对传统经验叶栅损失及落后角模型缺少厚度分布修正项的问题,基于多元非线性回归分析方法对叶栅损失及落后角模型进行修正,采用修正模型分析了最大厚度位置系数影响下叶栅攻角损失特性、落后角与攻角特性曲线的变化情况。修正后的模型与CFD计算值拟合效果较好,叶型损失均方差从0.028降低至0.007,落后角均方差从1.898°降低至0.860°。修正后的模型的计算精度、适用范围得到提升。     

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.     

扩压叶栅中端壁附面层抽吸对流场品质调控的研究

为调控平面扩压叶栅流场品质、使测量结果满足二维性,在叶栅端壁增加附面层抽吸装置。采用试验校核的数值方法,分析了不同抽吸位置、不同抽吸流量、不同冲角时端壁附面层抽吸对平面扩压叶栅出口气流角、轴向密流比和总压损失系数等参数的影响。结果表明：在抽吸位置上,位于叶片中前部的抽吸方案对扩压叶栅流场品质的改善效果相对最好。随抽吸流量增加,流场品质进一步改善,抽吸流量为原型进口流量的3%可使冲角为0°时的轴向密流比降低至0.995,主流区出口气流角偏差小于0.1°;抽吸流量为原型进口流量的2.25%可使计算冲角范围内轴向密流比均降低至1.05以下,主流区出口气流角偏差小于0.2°。冲角在-5°,-3°和0°时端壁抽吸使50%相对叶高位置处平均总压损失降低,冲角在2°,4°时使50%相对叶高位置处平均总压损失增加,损失冲角特性更接近理想二维叶栅。     

最大厚度位置对高亚音轴流压气机叶型设计的影响

为了在具有不同负荷的压气机叶栅的初始设计过程中选取最大厚度位置,采用数值方法对在不同折转角的高亚音来流条件下对扩压叶栅进行了大量的系统性研究,分析了最大厚度位置、折转角以及稠度3个叶栅几何参数对叶栅变冲角特性以及对最小损失冲角下的叶栅气动性能的影响规律.基于大量叶栅样本建立数学模型,用来定量描述最小损失冲角,以及最小损...     

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。     

低压汽轮机末级长叶片改型试验研究

针对船用汽轮机的变工况、末几级湿度大的运行特性,对某汽轮机末级长叶片进行气动优化,并在环形叶栅试验台上对原型和改型两组叶栅进行了3个出口马赫数与5个冲角下的吹风试验。结果表明:随着栅后马赫数的增加,叶片吸力面最低压力点位置后移,叶栅前半段的降压段增长、顺压梯度增加,附面层变薄,降低了叶片的叶型损失;改型后的动叶外端壁二次流损失显著下降,而且提高了冲角的适应性;正、负冲角仅影响叶片前缘吸力面或压力面的静压分布,在任一马赫数下,冲角的绝对值的增加都引起叶栅损失的增加。     

基于CFD的轴流泵后置导叶水力性能分析

为了解轴流泵后置导叶的水力性能,基于RNG湍流模型,采用计算流体动力学CFD软件Fluent,应用SIMPLIEC算法对轴流泵模型装置全流道进行了数值模拟,分析了四种不同流量下导叶体的内部流动特性,研究了导叶的水力性能。结果表明,导叶的水力损失随流量的增加先减小后增大;在设计流量处导叶水力损失最小,导叶压力转换能力最好;小流量下叶轮进出口处水流流态紊乱,导叶流道内出现漩涡回流,是导致导叶水力损失较大的主要原因;大流量下叶轮出口水流轴向速度较大,水流导叶进口边撞击将导致导叶体水力损失增加,水力性能下降。     

攻角对透平叶栅气动性能影响的研究

采用叶栅吹风试验与数值模拟相结合的方法,研究了攻角变化对具有较大前缘半径和进口楔角的透平叶栅气动性能的影响,试验测量在出口马赫数为0.8、攻角-61.0°-＋4.0°内进行,对应的雷诺数为6.0×105.在试验验证数值方法可靠性的基础上,对叶栅流动损失进行了数值研究,分析了攻角变化对试验叶栅型面损失中吸力面与压力面边界层损失、尾迹损失和端部次流的影响特性.结果表明：当攻角从＋4.0°变化到-41.0°时,叶片表面没有发生流动分离,出口截面的总压损失系数变化幅度不超过0.21%;在负攻角很大（-61.0°）时,压力面边界层发生流动分离,型面损失急剧增大;具有较大前缘半径和进口楔角的试验用叶栅表现出良好的变攻角气动性能.     

冲角对导向涡轮叶栅气动性能影响研究

汽轮机组运行时,冲角的变化可能在叶栅流道内造成流动损失.因此有必要研究来流冲角的变化对涡轮叶栅内流动的影响.通过导向叶片进口气流与轴向偏转一10°,0°和10°建立三个工况.用ANSYS CFX流体动力学软件分别对三个工况进行数值仿真,结果发现仿真叶片的后加载特性具有很好的冲角适应性,在压力面和吸力面的大部分范围内冲角...     

Knowledge Mining of Low Specific Speed Centrifugal Pump Impeller Based on Proper Orthogonal Decomposition Method

To clarify the complex relation between the pump blade shape and its corresponding hydraulic performance, the knowledge mining method of centrifugal pump impeller based on proper orthogonal decomposition(POD) was proposed. The pump blade shape was parameterized by cubic Bezier curve. The Latin hypercube design method was employed to supply the necessary samples for producing the perturbations of blade wrap angle, and blade angle at inlet and outlet. The hydraulic efficiency and head were optimized by NSGA-II and RBF hybrid algorithm. The Pareto-optimal solutions were obtained. In order to further illustrate the relationship between the centrifugal pump blade shape and its hydraulic performance, the POD method was used to discover the effects of optimized blade shape to the flow solutions. For the optimization of centrifugal pump MH48-12.5, blade shape and relative velocity field in impeller from Pareto-optimal solutions were analyzed. The results demonstrate that larger blade angle and smaller wrap angle increase the average kinetic energy in impeller, resulting in higher pump head design. Smaller blade angle and larger wrap angle decrease the velocity gradient from the pressure side to suction side, resulting in smaller hydraulic loss and higher efficiency design.     

基于正交试验方法的虹吸式水轮机进水口流态优化

为了研究进水口流态对虹吸式水轮机水力性能的影响,采用CFD研究手段对包括进水池在内的虹吸式水轮机进行了全流道三维流场数值模拟计算。通过正交试验法分析发现,虹吸式水轮机在进水池内的最优布置方案为水轮机的悬空距离为叶轮直径的1/2,后壁距为叶轮直径的1.8倍,侧壁距为叶轮直径的1.9倍。通过对虹吸式水轮机的输出功率、水力效率及叶轮进口断面轴向流速分布等参数的分析比较,最终确定出适应该模型的最优方案,将效率从74.8%提升至84.5%,水力性能得到有效改善。     

双流道叶轮压出室内流动的数值模拟分析

应用CFD技术模拟计算了双流道式泵包括叶轮及压出室在内的全三维湍流场,证实了双流道压出室内流动分布不均匀并随叶轮转动而变化、叶轮转动到不同位置时泵的效率和扬程不同、基圆大小不同时压出室第Ⅰ断面内流场分布存在显著差别。计算结果有助于深入了解双流道叶轮压出室内部流动机理,对双流道叶轮压出室的水力设计提供参考。     

基于响应面法的圆盘泵叶轮优化研究

为了提高圆盘泵的水力性能,以径向直叶片圆盘泵为研究对象,结合计算流体动力学方法(CFD)与响应面分析法,研究叶轮结构参数对泵扬程和效率的影响。以叶片高度、叶片数量和盘间距为优化设计变量,泵的扬程和效率为响应变量,基于Box-Behnken样本点设计法进行三因素三水平设计,建立17组样本点。通过ANSYS CFX数值计算软件对各个样本点的设计模型进行数值模拟,并基于二阶响应面回归方程拟合了叶轮结构参数与扬程和效率之间的关系表达式。研究结果表明:叶片高度、叶片数量和盘间距均对泵的水力性能有明显的影响。多因素交互作用中叶片高度和盘间距的组合影响最为显著。通过响应面方程找到了最优参数组合,优化后的圆盘泵扬程在各流量工况下平均提升了22 m,最高效率提升了15%。     

Design of a novel axial impeller as a part of counter-rotating axial compressor to compress water vapor as refrigerant

A systematic investigation to understand the use of a novel axial impeller as a part of counter-rotating axial compressor to compress water vapor as refrigerant was undertaken. Blade angle was investigated at first to understand this novel impeller’s geometry. A commercial CFD package, which solves the Reynolds-averaged Navier–Stokes equations, was used to compute the complex flow field of the impeller. Two hub/shroud tip ratios with different speed ratios were numerically simulated. The numerical simulation focused on the water vapor flow from compressor impeller inlet to outlet and the overall performance level and range were predicted. The numerical investigation revealed that at hub/shroud tip ratio of 0.54, maximum pressure ratio reached about 1.24 with isentropic efficiency around 75% at its design point. Detailed investigation into flow structure showed that a serious secondary flow exists between span ranges of 30–50%. An enlargement of hub/shroud tip ratio to 0.75 showed that pressure ratio had been improved significantly. By comparing different speed ratios and hub/shroud tip ratios, the study shows potential to utilize this novel axial impeller to compress water vapor as refrigerant.     

Cavitation in semi-open centrifugal impellers for a miniature pump

Cavitation in miniature pumps was investigated experimentally for two semi-open centrifugal impellers. Although both impellers had the same blade cross-section, one impeller had a two-dimensional blade, while the other had a leaned blade. The flows were also analyzed using a numerical model of the three-dimensional turbulent flow in the pumps near the peak efficiency point using the k-? turbulence model and the VOF cavitation model. The average cavitation performance of each impeller was satisfactorily predicted by the numerical simulations. The results show that the miniature pumps have similar cavitation performances as an ordinary-size pump, with the cavitation performance of the semi-open impeller reduced by increased axial tip clearances. Also, both the hydraulic and cavitation performance of the semi-open impeller were improved by the leaned blade. The results also show that uniform flow upstream of the impeller inlet will improve the cavitation performance of a miniature pump.     

导流锥对低扬程双向轴流泵装置水力性能的影响

为研究导流锥对低扬程双向轴流泵装置水力性能的影响,以苏南某泵站为例,设定有、无导流锥两种方案,基于RNG湍流模型,采用CFD方法对双向轴流泵装置进行全流道三维湍流数值计算。结果表明,无导流锥时,进水流道水流流态较有导流锥时紊乱,且水流从进水流道喇叭口下方周围环向进水,喇叭口中心处出现奇点;有导流锥时,导流锥占据了喇叭口下方奇点位置,消除了奇点。有导流锥时,出口流场均匀性较好,进水流道的水力损失随着流量的增加而逐渐增加;无导流锥时进水流道的水力损失较大,最大差值达0.05m。导流锥对水泵装置效率影响较大,增幅达4.1%,增设导流锥可显著提高水泵装置效率。     

基于叶轮子午面田口试验的潜水泵水力优化设计

为探究叶轮子午面型线变化对潜水泵水力性能的影响规律,利用田口试验设计与数值计算相结合的方法,以扬程、效率作为优化目标,选取出口段中点位置、倾斜角及前、后盖板交线出口角等8个参数为变量因子,基于田口设计L27（313）表设计出27组方案,采用效应分析法对计算结果进行分析并确定参数间的主次顺序,最终确定出了性能最佳的参数组合方案。结果表明,在叶轮子午面型线设计中,前、后盖板交线的变化是影响潜水泵水力性能的关键。优化后模型的水力性能得到了较大提升,为后续潜水泵叶轮水力设计的研究提供了参考。