蜗壳进口宽度对离心泵非定常性能的影响研究

为分析蜗壳进口宽度对离心泵非定常性能的影响,以一台比转速为126的离心泵为研究对象,采用ANSYS CFX软件的标准k-ε湍流模型对同一叶轮、不同蜗壳进口宽度(56、63、66.5和70 mm)时,不同流量工况(0.8～1.2设计流量)条件下泵的外特性、内部流场以及压力脉动进行研究。结果表明:在设计流量下,适当改变蜗壳进口宽度对离心泵的扬程、效率影响不大;但随着蜗壳进口宽度的增大,蜗壳隔舌处的湍动能增大并向扩散段延伸;同时,蜗壳隔舌处压力脉动的压力值增大了4.2%,压力脉动幅值增大了3.4倍。设计时为提高中比转速离心泵的综合性能,应取蜗壳进口宽度为叶轮出口直径的1.8倍。     

非设计工况下有机工质向心透平性能数值研究

为了研究某向心透平在非设计工况下的运行特性,保证向心透平高效经济地运行,运用计算流体力学软件进行数值模拟,并且采用Peng-Robinson状态方程计算有机工质真实气体特性,分析了不同转速,进口总温和出口压力对向心透平性能的影响。结果表明,有机工质向心透平性能受变工况的影响较大,控制好合理的进出口参数和转速水平对透平的高效运行至关重要;相对于其它变量,转速对透平效率的影响最大,进口总温最小;在设计工况下,转速、进口总温和出口压力对透平效率的影响相对较小,同时保持了较高的透平效率。     

某径向透平膨胀机可调喷嘴气动及结构设计

针对应用在天然气管网的压力能回收透平，为保证其在不同流量工况下的高效率运行，采用了进气可调喷嘴结构形式，通过气动计算与分析，研究了喷嘴叶型、喷嘴径向尺寸、喷嘴叶轮间隙、旋转轴位置对气动性能的影响。之后采用CFD方法对选定方案进行了不同开度下的性能分析，并进行了可调喷嘴的结构设计。研究结果显示：选定径向尺寸为80。0mm，喷嘴叶轮间隙为15.0mm，旋转轴中心直径为509.6mm时，膨胀机的气动性能与结构均比较合理。研究过程可为透平膨胀机可调喷嘴设计提供参考与指导。     

工质跨临界物性变化及S-CO_2透平气动分析

超临界二氧化碳透平被广泛用于太阳能发电系统中,但局部损失导致该透平流动中部分区域工质处于亚临界区。为了探究二氧化碳在跨临界区物性对透平的影响,进行了喷管实验和单级轴流透平的热力气动设计、三维造型及数值模拟。结果表明:二氧化碳物性在跨临界区急剧变化,易产生流动分离和回流等现象;设计透平在各工况下喷嘴尾缘、动叶吸力面前缘等局部压降区域易出现跨临界现象,并伴随有透平效率不同程度降低;增大出口压力、升高温度、调整转速或优化翼型,均可避免跨临界情况发生,从而提高透平效率。     

有机工质向心透平设计与变工况分析

分别采用迭代法和筛选法对向心透平进行热力设计和气动设计,通过三维数值模拟分析了向心透平的变工况性能。结果表明:在不同入口质量流量下,总对总效率随相对转速的变化规律不同,入口质量流量越大,总对总效率最高点对应的相对转速越小;在设计入口质量流量下,向心透平在一定的相对转速范围内可以保持稳定高效运行;入口质量流量一定时,向心透平输出功率随相对转速的增大先提高后降低;相对转速一定时,向心透平输出功率随入口质量流量的增大而提高,随着相对转速的增大,向心透平输出功率的变化速率减缓。     

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。     

叶顶间隙对跨音速离心压气机气动性能影响分析

基于控制变量法对某跨音速离心压气机进行数值模拟,研究了叶轮尾缘叶间隙改变对其气动性能的影响。仅改变该离心叶轮的尾缘叶顶间隙,在设计转速下进行全三维黏性数值模拟,对相关气动参数进行分析。计算结果表明,相较于小流量工况,尾缘叶顶间隙的改变对离心压气机大流量工况的气动性能影响更大;在设计流量下,离心叶轮的压比、效率与叶轮尾缘出口间隙大小之间具有一定的线性关系,随着叶尖间隙增大,叶轮叶尖泄漏流的强度明显增强,导致叶轮的增压能力下降。     

面向月球基地的有机工质透平/泵一体化

以蒸发与冷凝温差为30℃的20 kW月球基地能量系统为例,采用R600a为工质研究了有机工质透平/泵一体化一维设计和三维建模,使用CFD模拟计算了蒸发温度对透平和工质泵效率、流量和功率的影响规律,及透平/泵在转速、质量流量和压比相等的强耦合约束条件下的变工况运行特性。研究表明：透平/泵最佳设计转速为23 610 r/min,透平进口直径为156 mm时效率为79%,泵出口直径为29 mm时效率为71%;随着蒸发温度的增加,透平/泵的转速呈线性增加,效率先上升后下降,保持在70%以上,输出功呈线性增加趋势;当考虑蒸发器、冷凝器和管路压损时,同转速下蒸发温度比理想情况低2.16℃、输出功率低3.13 kW、效率略微下降;透平/泵一体化技术结构紧凑,在变工况时拥有良好的运行性能,非常适用于对体积重量要求较高的航空航天领域。     

混流泵作透平的数值计算与试验

为探究混流泵作透平内部的流动特性,选取1台比转速为220的混流泵进行外特性试验,采用全流场和结构化网格技术对透平内部流动状况进行数值模拟,得到不同流量工况下透平内部的流场分布和压力分布,并用速度三角形对透平内部流场变化进行分析。结果表明,透平进口到出口压力逐渐降低,随着流量增加,透平进出口压差逐渐增加,叶轮内部涡漩位置和大小发生变化,尾水管内液流圆周分速度方向发生变化;透平总水力损失随流量的增加而增加,其中叶轮水力损失占比最高,因此混流泵作透平的优化应集中在叶轮部分。     

太阳能热发电系统中透平膨胀机的性能研究

对典型槽式太阳能热发电系统中的关键设备径流透平膨胀机的气动特性开展研究。设计指定工况下径流透平膨胀机的几何结构并对其内部流场进行数值分析,获得膨胀机在设计工况及非设计工况下的性能特性。研究发现,设计的径流透平膨胀机可满足工作要求,流道中流体整体流动良好,动叶轮压力面处存在较差的流动;在较大的转速(85%n~120%n)与较大的膨胀比(80%π~120%π)的工作区间内,设计的径流透平膨胀机的等熵效率能够保持在79%以上,可以满足变工况的运行要求。研究结果对太阳能热发电系统中的径流透平膨胀机的设计及应用提供参考。