超声速膨胀器转子内部流动特性与损失机理研究

为了进一步提高超声速膨胀器转子性能,采用数值方法对其内部流动特性和损失机理进行研究。发现膨胀流道入口处膨胀波和出口处斜激波的波系分布控制超声速膨胀器转子内部的三维流动结构;泄漏涡的产生、发展和破碎过程是其内部旋涡运动的主要特征;超声速膨胀器转子内部的流动损失可分为叶型损失、端壁损失、间隙泄漏损失和尾迹损失,吸力面下表面附面层与隔板之间的摩擦损失是叶型损失的主要形式,斜激波作用下附面层的分离、回流、低能流体与主流掺混以及斜激波与斜激波、斜激波与附面层相互作用所导致的损失是端壁损失的主要来源。     

高压压气机转子叶片振动特性分析

基于ANSYS软件对某型航空发动机高压压气机第一级转子叶片的振动特性进行了分析研究,建立了叶片的三维有限元模型,采用分块Lanczos法,计算得到了叶片在发动机常用工况转速下的各阶自振频率、相应振型及振动应力分布,找出了应力较大的薄弱区域.最后考虑了高压压气机进口导流叶片后形成的气流尾迹对此级转子叶片的激振影响,得到该级转子叶片的共振图,结果证明该转子叶片在常用工况转速下,不会因为进口导流叶片后的气流尾迹引发共振.为叶片的后续结构分析、实验及振动排故提供了必要的数值依据.     

Ghost离心叶轮内部湍流流动数值模拟

应用FLUENT软件对Ghost离心叶轮内部湍流流动进行了数值研究,其中湍流模型采用雷诺应力模型(RSM),转子和定子的耦合采用混合平面模型(MP).计算结果与Johnson的试验结果基本一致,表明了RSM能较好的预测离心叶轮内的湍流流动.分析了离心叶轮内部的湍流流动特性,表明边界层内的二次流对低能流体的输运,使叶轮出口形成"尾迹一射流"现象,同时尾迹区的存在造成能量的损失,且尾迹区位置取决于无量纲数Rossby数.     

核心机驱动风扇级转子叶尖流动结构和机理的研究

为了探究核心机驱动风扇级不同工作模式下转子叶尖流动结构和机理,对某核心机驱动风扇级转子流场进行了三维定常数值模拟,分析了单外涵模式和双外涵模式下工作点及近失速点转子叶尖流场结构特点,并研究了不同叶尖间隙对核心机驱动风扇级性能的影响。结果表明:单外涵模式与双外涵模式设计点叶尖泄漏涡起始位置不同;单外涵模式转子叶尖存在贯穿流道的正激波,双外涵模式该正激波消失;泄漏涡经过转子叶尖超声速区域会形成低速带;单外涵模式时泄漏涡经过正激波后发生扩散,并使正激波出现"缺口";转子叶尖间隙大小对核心机驱动风扇级两种工作模式下的流量、压比和等熵效率影响均较小,间隙增大到一定程度后稳定裕度下降剧烈。     

基于最速下降法的风扇叶片三维优化设计

以某航空发动机三级风扇为研究对象,选择叶片厚度为优化变量,叶片绝热效率为优化目标,采用全三维叶型优化方法对某三级风扇中的第二级转子进行了优化设计。在设计转速下,对优化前后的单转子及其所在的三级风扇进行了全三维数值模拟,并对计算结果进行了对比分析。结果表明,在设计转速工作点,优化后叶型波前马赫数降低,激波强度减弱,叶片槽道内激波损失、径向掺混损失均有所减小,激波与附面层相互作用减弱：优化后单转子效率提高了1．6％,采用优化后转子叶型的三级风扇总效率提高了0．5％。     

对转风扇排间干涉效应对下游转子颤振特性影响的数值模拟研究

为了探究对转风扇排间干涉效应对下游转子颤振特性的影响,在多叶排环境下,使用谐波平衡法进行振荡叶片非定常流数值模拟。通过颤振预测的能量法考察两种不同多排模型下叶片表面非定常压力响应和气流做功的差异,探讨了对转结构下上游扰动对下游转子气动弹性稳定性的作用机制。研究结果显示:下游振荡叶排的气动阻尼因上游转子的气动干涉而降低,造成这种颤振特性差异的主要原因除了排间非定常扰动引起时均流场中激波形态的变化,还有上游尾迹传播引发的下游转子进口气流角的周期性波动。     

压气机级内动静非定常干涉数值研究

采用非定常数值方法计算了某多级压气机的第七级原型和弯掠动叶级流场,分析了压气机级内动静叶的非定常干扰对静叶流动的影响及改型压气机的尾迹输运特性.数值研究结果表明:同原型相比,采用弯掠设计的动叶减弱了对于下游静叶的非定常干扰,有利于提高整级压气机的气动性能.     

掠形对高负荷风扇转子失稳机理的影响

以超高负荷两级风扇第一级前掠转子为研究对象,通过定常和非定常数值模拟手段对近失速点叶尖流场进行了深入分析。为探索失稳机理,与同等气动性能下的后掠转子进行了对比。结果表明:前掠转子在近失速工况下泄漏涡涡心并未发生破碎,其流动失稳是由于端壁机匣处的低能流体集聚所致。而后掠转子的泄漏涡与激波干涉导致其向下游发展中发生破碎,表现出与常规转子相似的失速特征。     

周向弯曲动叶级间非定常流动的数值研究

以具有不同弯曲参数的周向弯曲动叶和同一径向静叶的组合为研究对象,采用数值计算工具进行了非定常模拟,分析了级间总压的脉动以及脉动的衰减过程;发现周向弯曲有利于级间流动掺混,使流场更均匀。通过相关分析精确捕捉不同周向弯曲动叶尾迹形状、传播过程,揭示出叶片周向弯曲参数和级间旋流对尾迹传播的影响。     

双级对转压气机多叶排全三维转子优化分析

以实验室的对转压气机实验台为研究对象,应用近似函数方法并结合遗传算法对其下游转子在整机环境下进行了优化设计。结果表明:优化后,在设计点,对转压气机效率提高了0.69%,流量、压比基本不变,喘振裕度有所提高;设计点优化后,下游转子效率提高了1.36%,压比基本不变;上游转子效率和压比都基本不变。同时,优化减小了下游转子中部、尖部的尾迹掺混损失,但增大了根部的尾迹掺混损失,使出口导流叶片流动有所改善。     

矿用抢险多级泵转子部件轴向力数值模拟及平衡方法研究

因对称布置的矿用抢险多级排水泵出口段的轴端水压力较大,无法平衡轴向力,本文采用非对称布置的叶轮导叶结构,其轴向力可达到平衡,本文进一步采用切割末级叶轮后盖板的方式来完全平衡整泵转子的轴向力。基于CFX软件,采用标准k-ε模型对装配了不同尺寸后盖板的叶轮、导叶、进出水段的矿用抢险多级排水泵的全流场模型进行了数值模拟,获得了整泵的外特性及转子部件的轴向力的结果,得到末级叶轮后盖板不同切割尺寸与轴向力的尺寸范围;预估了轴向力完全平衡时,末级叶轮后盖板的切割尺寸,通过数值模拟验证了预估结果。本文所采用的矿用抢险多级泵转子部件轴向力平衡措施以及模拟方法,可为类似的多级泵产品提供参考。     

高分子产品批次制造成型技术创新研究进展

依据聚合物加工产业对加工过程低耗、高效和环保的重大发展需求,提出基于体积拉伸流变的高分子材料塑化输运方法,并成功研制了叶片塑化输运装置。在叶片塑化输运方法和装置的研究工作基础上,进一步提出偏心转子塑化输运方法和装置。着重讨论体积拉伸流变支配的偏心转子塑化输运装置的基本结构、工作原理和技术特征,并进一步探讨该技术在高分子产品批次制造成型加工上的应用优势。研究结果表明:与传统螺杆塑化输运技术相比,偏心转子体积拉伸流变塑化输运技术具有物料适应性强、加工能耗低、混合混炼效果好等技术特点,两种基于体积拉伸流变的新型高分子产品批次制造成型方法与设备分别从不同的角度对传统产品批次制造技术进行了创新和发展,具有缩短注射成型周期、减小注射充模阻力、减少分子链降解和提升高分子复合材料的分散混合效果等显著优势。     

压气机转子叶片附面层抽吸的参数化研究

通过数值求解三维粘性雷诺时均Navier-Stokes 方程,详细研究了非设计工况下不同抽吸位置、抽吸流量和抽吸孔数目对跨音速压气机转子性能的影响,揭示了抽吸流与流动分离和激波结构的相互关系.研究结果表明:合理的抽吸能够有效控制激波的发生位置,改变流道中激波结构,延迟由于激波造成的流动分离.抽吸流量直接决定了压气机转子的性能,抽吸作用使得附面层内低能流体被移除,主流更加贴近叶片表面,从而增加了吸力面附近流体的动能,提高了流道内的通流能力,同时也能有效消除分离区内复杂的旋涡结构.     

叶顶间隙对一跨音速压气机转子失速裕度的影响研究

针对一跨音速压气机转子,分别在动叶顶部相对间隙为0%,0.1%,0.5%,1%,1.5%,2%的六种情况进行了数值模拟。计算结果表明,间隙的存在使得转子性能如压比、效率有所下降,但适当间隙的存在使得转子喘振点往小流量点大幅迁移,又有效提升了转子的工作范围。此外,分析了由于叶顶间隙的存在使得转子工作范围增加的原因,并指出无论是否存在间隙,针对跨音速压气机转子,其进入喘振的根本原因都是由于堵塞作用使得弓形激波连同流道激波一起被推向流道上游造成的,而其中堵塞作用却是由端壁附面层发展与迁徙、叶顶泄漏流动、激波与附面层之间相互作用的共同结果。     

压缩机可调进口导叶性能的数值分析

以某压缩机IGV为例,利用CFX软件,对IGV的性能进行数值分析,得到随开度、流量变化压力损失曲线,效率曲线、叶片扭距曲线等.研究表明,IGV到叶轮入口的通流半径影响叶轮入口预旋.静压损失系数随开度增大而增大,随流量的增大成线性增大.     

基于三维翼型数据的风力机气动性能分析

将风力机转子时间步进自由尾迹分析模型用于风力机空气动力学分析,得到每个桨叶微段上的三维翼型升阻力数据;然后将所得的三维升阻系数与BEM理论结合起来,计算风力机转子的气动性能,以计入三维旋转效应的影响。将计算结果与实验数据进行比较,验证了该方法的有效性,为后续进一步研究失速延迟、提高风力机转子气动性能预测的准确性提供理论支撑。     

轴向间距改变对压气机clocking效应影响的数值模拟

采用一种新型的环面叶栅计算方法对两级低速压气机中径处的非定常流动情况进行了数值模拟,针对第二排静叶在一个栅距内的8个不同的时序位置下,同时移动动叶在轴向相对位置,通过数值计算结果表明:在两级静叶间轴向间距不变的情况下,动叶的轴向位置对上游静叶尾迹输运过程有显著影响,在三个CASE计算中,动叶后移时,压气机效率整体最高.轴向间距的缩短对提高整机效率有益.此外环面叶栅计算结果跟平面叶栅结果总体上趋于一致,最高、最低时序位置也相同,但流场信息更为丰富合理;相对于通常的单流道计算,环面叶栅方法更能全面反映全流道周向流动情况,从而为叶轮机械设计及前后叶排间相互干涉研究提供理论依据.     

核电厂电动主给水泵热启动的振动特性试验

试验研究了某国产压水堆核电机组(CPR 1000)电动主给水泵压力级转子热启动过程的振动特性,并提出优化运行措施。采用高采样率的振动数据采集设备,测试电动主给水泵在50%负荷、100%负荷联锁启动及再循环工况热启动时压力级泵的振动信号,发现启动过程中压力级转子存在振动较快上升然后缓慢下降至稳定的现象。通过分析振动趋势图、振动频谱图及振动轴心轨迹图等认为这属于渐变性强迫振动,振动变化至稳定的时间约为20min。根据压力级转子的结构特点,建立带初始热弯曲的Jeffcott转子动力学模型,分别研究弯曲变形和质量偏心的影响,认为压力级转子热备用期间存在暂态热弯曲是导致渐变性热致振动的主要原因,且通过实测壳体端面的热成像图得到验证。电动主给水泵的振动特性表明,热启动过程中应分别设置瞬态振动延时保护与稳定运行期间的振动定值保护。     

真空管道超级列车激波簇结构研究

真空管道列车高速飞行时产生的激波簇对于车辆结构气动外形设计具有重要的指导作用。鉴于真空管道超级列车现有试验设备及方法的局限性,根据可压缩N-S方程和SST k-w湍流模型,基于计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)流体分析软件,结合动网格和动态自适应网格两种方法,对超级列车在高真空度管道中高速运动时产生的流场结构进行数值仿真,主要研究列车以1 250 km/h的速度在阻塞比为0.2、环境压力为10.132 5 Pa(0.000 1 atm)的管道中飞行时所产生的一系列激波簇结构及管内流场变化规律。研究结果表明,管内列车在管内飞行时产生弓形激波、正激波、反射激波、Lamda激波、菱形激波等激波簇结构;头车附近区域会出现弓形激波、反射激波向正激波转化的过程,中间车附近区域会出现反射激波、菱形激波产生、发展与消失的过程,尾车附近区域会出现Lamda激波、反射激波、菱形激波、正激波的发展过程。     

分体滑动导叶可调涡轮激波与载荷波动机制

针对某柴油机用可调涡轮在低速工况下的低效强激波特征,提出并设计了一种分体滑动导叶,并在10%、40%和100% 3个典型开度下进行了定常/非定常数值计算。结果表明：分体滑动导叶在小开度下可实现对间隙泄漏流动的有效抑制,大幅度提高涡轮效率;在10%开度下,分体滑动导叶提高了涡轮10%的峰值效率,同时涡轮效率在40%和全开工况下也有不同程度的提高。此外,通过合理设计转静间距,分体滑动导叶尾缘激波被大幅度削弱。导叶间隙泄漏流和尾缘激波的抑制可有效弱化转子定子干涉强度,降低下游转子叶片表面载荷波动幅值,提高转子叶片的可靠性。