基于NURBS的风机叶片造型研究

本文详细介绍了一套完整的运用NURBS理论构造叶片曲面的方法，包括曲面控制点反求，曲面型值点正求和通用数据交换文件STL的设计，该方法有效地提高了叶片设计的质量。     

风扇叶片及其模具快速反求设计和制造

目的　根据某汽车冷却风扇叶片实物快速实现该叶片及其模具的设计制造 .方法　采用非接触式三维激光测量机获得物体表面点数据 ,利用反求工程、三维重构原理及实体造型原理 .结果　快速建立叶片及其模具 CAD模型 ,并完成了模具的制造 .结论　实践证明 ,该方法是一种切实可行的质量高、精度高、效率高并且可以推广应用的反求工程方法     

风扇叶片及其模具快速反求设计和制造

目的 根据某汽车冷却风扇叶片实物快实现该叶片及其模具的设计制造。方法采用非接触式三维激光测量机获得物体表面点数据，利用反求工程、三维重构原理及实体造型原理。结果 快速建立叶片及其模具CAD模型，并完成了模具的制造。结论 实践证明，该方法是一种切实可行的质量高、精度高、效率高并且可以推广应用的反求工程方法。     

基于反求工程的某MPV车身A面建模与分析

以某MPV车型车身A面建模为研究对象,简述了反求工程以及A级曲面的基本概念、A级曲面的建模要求和重构流程.提出了按特征划分点云,按特征分块构造曲面,曲面拼接的方法,并以MPV车身扫描点云数据为依据,运用反求设计软件,完成MPV车型车身A面的重构设计.通过对曲面光顺性、连续性检查,验证分析了重构曲面与A级曲面标准的符合性.A级曲面的反求设计证明反求工程可以作为产品设计开发的一种特别的技术手段,为解决车身A面建模提供了一条有效的途径.     

离心泵的空化流数值模拟与空化余量预测

空化余量是泵非常重要的性能指标之一,目前主要依靠试验来确定。如何在离心泵设计过程中较为准确地预测出必须的空化余量对优化设计和提高运行稳定性等方面十分重要。针对离心泵运行过程中发生空化时的流动特点,基于Rayleigh—Plesset方程来描述空泡生长和溃灭过程的空泡动力学模型,采用混合空化两相流模型和三维全流道两相流流动数值模拟技术,探索通过数值试验来预测空化余量的方法。对一低比转速离心泵进行全流道空化流数值模拟,通过改变NPSHa来模拟试验工况,数值模拟预测出各模拟试验工况下的扬程、叶片表面压力分布、叶片表面空化发生区域以及流道内空泡体积率分布,从而预测该泵的NPSHr,其预测结果与试验值的误差小于10％。     

采用三次NURBS曲面构造鞋楦模型及刻楦仿真

为实现鞋楦曲面的精加工,基于复杂曲面实物的几何模型反求方法,从鞋楦实物模型得到其数字化模型,提出了一种可控精度的鞋楦曲面模型重构方法.利用三维实体激光扫描仪测量获取点数据,基于小波变换原理采用无偏似然估计对鞋楦原始测量点数据进行降噪平滑处理,采用三次非均匀有理B样条（NURBS）曲线表示鞋楦u、v向表面曲线,由此得到三次NURBS曲面并拟合鞋楦表面.建立了鞋楦数学模型,采用等残留高度法计算无干涉刀位轨迹,并基于Unigraphics平台虚拟刻楦进行数控（NC）程序仿真验证.仿真结果表明,该重构方法使鞋楦曲面精度可以调节,根据不同加工效率要求方便地计算刀具轨迹.误差分析结果表明,与设定鞋楦加工精度相比,产生的误差控制在允许范围内.     

反求原理在重构模具自由曲面中的应用

以某一实际自由曲面为例，结合三坐标测量机(LK G90CSl5．10．8)的特点，在实际反求工作中采用该三坐标测量机对自由曲面进行扫描测量，对测量数据进行预先处理，应用三角Bezier原理．编程实现曲面重构，得到曲面CAD模型．     

自由曲面设计及刀具路径生成技术的研究

提出了一种采用运动学中空间位移的方法,基于可变形NURBS(D-NURBS)自由曲线构造数控加工中刀具扫描体曲面的CAD模型,使原来的几何曲线曲面具有物理曲面的特性,这样就允许设计人员以自然的、可预测的方法运用许多基于力的工具进行交互式造型,直接设计型面.所得曲面易满足所使用的特殊的数控加工机床的运动和动力学限制,同时得到了自由曲面数控加工的刀具路径设计的新方法,该方法将运动学、计算机辅助几何设计与CAD/CAM技术结合起来,为并行几何形状设计和制造提供了基础.     

自由曲面设计及刀具路径生成技术的研究

提出了一种采用运动学中空间位移的方法,基于可变形NURBS（D－NURBS）自由曲线构造数控加工中刀具扫描体曲面的CAD模型,使原来的几何曲线曲面具有物理曲面的特性,这样就允许设计人员以自然的、可预测的方法运用许多基于力的工具进行交互式造型,直接设计型面,所得曲面易满足所使用的特殊的数控加工机床的运动和力学限制,同时得到了自由曲面数控加工的刀具路径设计的新方法,该方法将运动学、计算机辅助几何设计与CAD／CAM技术结合起来,为并行几何形状设计和制造提供了基础。     

微通道热沉几何结构的多参数反问题优化

提出微通道热沉几何结构的多参数反问题优化方法,其正向求解器是微通道热沉三维数值模型,反向求解器为简化的共轭梯度法,分析泵功的变化对热沉几何结构的影响.结果表明,在热沉换热面积和热表面热流密度恒定的条件下,随着泵功的增加,相应的最优热沉几何结构参数随之变化,即最优热沉的流道数和流道高宽比增加,流道比降低;泵功的增加使最优热沉的全局热阻降低,但在高泵功下全局热阻的降低幅度远低于在低泵功下的降低幅度.     

径向导叶式多级泵单级叶轮切割的三维数值模拟

为探究径向导叶式压出室离心泵叶轮切割后性能的变化,基于N-S方程、标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法对MD-280-42×4多级离心清水泵单级叶轮外径切割进行三维湍流数值计算,分析不同切割量下径向导叶式离心泵外特性和内部流动变化。结果表明:在设计工况(Q_d=0.078 m3/s)下,随着切割量的增加,径向导叶式离心泵的水力效率、轴功率均呈现下降趋势;在相同小流量工况下,随着切割量的增加,叶轮与导叶间隙和反导叶流道处流动损失逐渐减小,水力效率呈现上升趋势;在相同大流量工况下,随着切割量的增加,正反导叶流道流动均匀性受到较严重破坏,产生了较大的能量耗散,水力效率明显下降。       

屏蔽式核主泵多工况下内部流动特征分析

为深入研究核主泵水力部件的流动特性,基于连续性方程、雷诺时均N-S方程和RNGk-ε湍流模型,针对3种典型运行工况(0.8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d)下缩比系数为0.4的某型屏蔽式反应堆主冷却剂泵模型泵的三维不可压湍流流场进行定常数值模拟,对比分析不同工况下核主泵的压力分布与流场分布,描述叶轮、导叶与压水室的流动特征,并对造成这些特征的原因予以讨论和说明。同时,将数值计算的扬程值和效率值与在闭式试验台所做的试验结果进行对比,绘制出该模型泵在0.8Q_d~1.2Q_d的外特性曲线。结果表明:基于ANSYS CFX的数值分析方法能够有效预测核主泵的水力性能,揭示内部流场的特点,获得内部流动细节;在设计工况下,核主泵的水力性能最佳且流态保持均匀稳定;通过与非设计工况对比,较为全面的掌握了核主泵的流动特性。该研究可为核主泵的水力部件设计与优化提供一定的参考。     

动叶轮叶片数对多相混输泵水力性能的影响

为了探究动叶轮叶片数对多相混输泵外特性、做功性能和水力特性的影响规律,基于欧拉非均质流模型,利用CFX软件对不同动叶轮叶片数下的多相混输泵在多种流量工况、入口含气率10%的条件下进行数值计算。研究发现:流量在90 m3/h及以下时,动叶轮叶片数对扬程和效率的变化趋势影响相对较小,而随着流量的增加,四叶片动叶轮会使混输泵扬程和效率的下降程度增大;当动叶轮叶片数为3时,多相混输泵的外特性、叶片表面静压分布、载荷分布和水力特性等均优于动叶轮叶片数为4时的性能。本文的研究结果可为多相混输泵动叶轮叶片数的选择提供参考。     

低比转速离心泵驼峰稳定性及其影响因素研究

为了提高低比转速离心泵的效率,一般会将叶轮叶片出口角加大一些,但会引起H-Q曲线有驼峰,导致泵在小流量区运行不稳定。本文以国内某水泵厂生产的比转速为47的单级单吸式离心泵为研究对象,采用正交试验法选择叶轮出口边斜切比、出口角度、叶轮轴线倾斜角度、叶片包角、叶片进口边位置5个因素,每个因素采用4个水平,一共16个叶轮设计方案;针对每个方案进行数值模拟,得到其外特性曲线;利用极差分析法研究5个因素对特性曲线形状以及泵额定工况下扬程、效率的影响,得到影响特性曲线稳定性的因素主次顺序依次为叶片进口边位置、叶轮出口边斜切、叶轮轴线倾斜角度、出口角度、叶片包角;利用分析得到的结果得出叶轮的优化组合方案,对该方案进行数值模拟验证。结果表明:优化方案的H-Q曲线稳定且泵的扬程和效率分别提升2.2%和1.4%;从优化前后的叶轮流场中分析消除驼峰的机理,得到驼峰工况区内叶轮进口处的能量损失占据主导,进口边位置的前移减小进口处的能量损失,同时叶轮出口边斜切与轴面倾斜使叶轮出口处相对速度变化减小,“射流–尾迹”现象减弱甚至消失,损失大幅减小。     

基于水力损失计算的离心泵叶轮叶片出口安放角选择方法

为提高离心泵的效率,在泵叶轮内水力损失计算的基础上,通过推导建立叶轮水力效率和流量、转速、叶片数、比转速、出口安放角及叶轮设计系数的函数关系。据此关系,针对一台Q=100 m3/h、H=34 m、n=2 900 r/min的泵,编写性能预测程序,得出不同叶片数、不同k₀取值下的叶片出口安放角和水力效率的关系,可知当叶片数Z=5、β₂=29°、k₀=4.2时,叶轮水力效率最高。按设计参数设计叶轮,并构建叶轮和蜗壳模型,利用FULENT软件对其内部流场进行数值模拟,得出在设计参数下泵的水力效率达到89.43%,证明了用所提出的方法可以设计出高效的离心泵叶轮。     

叶片安放角对蜗壳式轴流泵反转作透平的性能影响

为了利用轻化工行业中低压头、大流量的液体余压能,以国内某企业生产的一台比转速为900的PLK XII型蜗壳式轴流泵为研究对象,分别在叶片安放角为12°、14°、16°时,使用ANSYS Fluent进行数值模拟定常计算,以探究不同叶片安放角对蜗壳式轴流泵反转作液力透平性能的影响.基于泵及透平的最优效率点,得到不同叶片安...     

Effects of blade rotation angle deviations on mixed-flow pump hydraulic performance

By model test and numerical simulation,this paper analyzed the effects of different blades with varying rotation angle deviations on the hydraulic performance of a mixed-flow pump.It was found that when some blades had rotation angle deviations,the hydraulic performance curves of the mixed-flow pump would move.With a positive deviation,the curves moved towards the large flow rate;with a negative deviation,the curves moved towards the small flow rate.When some blades had rotation angle deviations,the symmetry and uniformity of the pressure distribution inside the mixed-flow pump flow passage both decreased;the larger the deviation,the greater the decrease.When a single blade had a large rotation angle deviation,a rather clear low pressure area was formed,lowering the cavitation performance.When two adjacent blades changed simultaneously,under the small flow rate condition,adverse pressure gradient and flow separation occurred in the flow field,and a hump appeared in the head curve and the operation stability of the mixed-flow pump dropped significantly.Near the best efficiency point(BEP),the simultaneous change of two alternate blades produced a more significant change of pressure in the flow passage,with an even larger area.Compared to the effect of two adjacent blades,two alternate blades,when changed simultaneously,made the mixed-flow pump slightly less efficient,but with a flatter efficiency curve and relatively wider high efficiency area.By fitting the test results,a functional relation among the BEP of the mixed-flow pump QBEP,the number of deviated blades N,and blade rotation angle deviationαwas established,thus realizing an effective prediction of the BEP of the mixed-flow pump when blade rotation angles have deviations.By model test and numerical simulation,this paper analyzed the effects of different blades with varying rotation angle deviations on the hydraulic performance of a mixed-flow pump.It was found that when some blades had rotation angle deviations,the hydraulic performance curves of the mixed-flow pump would move.With a positive deviation,the curves moved towards the large flow rate;with a negative deviation,the curves moved towards the small flow rate.When some blades had rotation angle deviations,the symmetry and uniformity of the pressure distribution inside the mixed-flow pump flow passage both decreased;the larger the deviation,the greater the decrease.When a single blade had a large rotation angle deviation,a rather clear low pressure area was formed,lowering the cavitation performance.When two adjacent blades changed simultaneously,under the small flow rate condition,adverse pressure gradient and flow separation occurred in the flow field,and a hump appeared in the head curve and the operation stability of the mixed-flow pump dropped significantly.Near the best efficiency point(BEP),the simultaneous change of two alternate blades produced a more significant change of pressure in the flow passage,with an even larger area.Compared to the effect of two adjacent blades,two alternate blades,when changed simultaneously,made the mixed-flow pump slightly less efficient,but with a flatter efficiency curve and relatively wider high efficiency area.By fitting the test results,a functional relation among the BEP of the mixed-flow pump QBEP,the number of deviated blades N,and blade rotation angle deviationαwas established,thus realizing an effective prediction of the BEP of the mixed-flow pump when blade rotation angles have deviations.     

叶片倾斜角对油气混输泵性能的影响

以自主研发的YQH-100型三级轴流式油气混输泵为研究对象,基于Mixture模型的两相流理论,改变叶片倾斜角,在含气率(GVF)分别为0、10%、30%、50%和70%情况下,通过计算流体力学的分析方法对油气混输泵内部流动进行数值模拟,研究叶轮内部气相及压力分布情况,并对其外特性曲线进行分析。研究结果显示:在纯水工况下,叶片倾斜对扬程的影响较大,原模型M4的扬程较最差方案M1(叶片倾斜-10°)高8m;方案M3(叶片倾斜-4°)的扬程较原模型低1.4m,效率较原模型高0.14个百分点;在小流量工况下,原模型的效率较高;在不同含气率工况下,方案M3(叶片倾斜-4°)的增压比原模型低14kPa,效率较原模型高0.22个百分点;叶片适当倾斜一定的角度,可有效减小气团在叶片工作面轮毂侧的聚集面积,使混输泵内部气液两相均匀混合,提高混输泵效率;轴流式油气混输泵的最佳叶片倾斜角范围为-4°~0°。本研究可为油气混输泵的设计及水力优化提供参考依据。     

Investigation into the Interaction of Centrifugal Compressor Impeller and Vaneless Diffuser

Theinteractionofcentrifugalcompressorim pelleranddiffusertakesgreateffectontheperfor manceofcentrifugalcompressor.Researchresults showthatwhentheairflowoutoftheimpellerflows throughthediffuser,theefficiencyofthecompressor maydecreaseby10%orso.Soitcanbeofg…     

CFD simulation of single-phase flow in flotation cells: Effect of impeller blade shape,clearance, and Reynolds number

A series of numerical simulations of turbulent single-phase flows are performed to understand the flow and mixing characteristics in a laboratory scale flotation tank. Four impeller blade shapes covering a wide range of surface areas and lip lengths are considered to highlight and contrast the flow behavior predicted in the impeller stream. The mean flow close to the impeller is fully characterized by considering velocity components along the axial direction at different radial locations. Normalized results suggest the development of a comparatively stronger axial velocity component for a blade design with the smallest lip length, called big-tip impeller here. Normalized turbulent kinetic energy profiles close to the impeller reveal the existence of an asymmetric trailing vortex pair. The highest turbulence kinetic energy dissipation rates are observed close to the impeller blades and stator walls where the radial jet strikes the stator walls periodically. Furthermore, liquid phase mixing in the flotation cell is studied using transient scalar tracing simulations providing mixing time data. Finally, pumping capacity and efficiency of different impeller designs are calculated based on which the impeller blade design with a rectangular blade design is found to perform most efficiently.