基于虚拟产品开发技术的叶轮优化设计

叶轮是透平机械的核心部件,其研制过程复杂、周期长,基于实物模型试验为主的传统研制方式成本太高.为此,提出采用虚拟产品开发(VPD)技术,将水轮机叶轮的CAD/CFD/CAE/CAM并行集成,在叶轮叶片设计引入DFM,以虚拟制造(VM)重构水轮机叶轮研制过程的设计方法.该方法使水轮机转轮从"设计-模型试验-修改设计"迭代过程改变成"设计-计算仿真试验(CFD)-修改设计"迭代过程,以CFD数值试验取代了模型试验,有必要时最终设计方案才进行模型试验验证.并详细讨论了基于VM的水轮机叶轮研制流程、基于VM的叶轮建模、叶轮内部的三维流场数值仿真和基于VPD的叶片优化设计.     

坦克装甲车辆高效冷却风扇CAD

以叶轮机械三元流动理论、风机设计理论和计算机技术为基础，通过对叶轮几何参数的优化设计，子午面速度分布和叶片表面速度规律的控制，流场及边界层特性分析和叶轮各部分损失的预测，可以设计出高效高压离心式冷却风扇叶轮。设计实践表明，这种CAD方法是离心叶轮优化设计强有力的工具。     

某发动机风扇转子叶片改型设计研究

针对某型航空发动机的风扇叶轮采用直纹叶片造型的方法实施改型气动设计、全三维数值模拟和试验,以达到提高该风扇叶轮在该发动机巡航状态的性能.设计、计算和试验结果表明改型风扇叶轮达到了设计指标,可为类似的风扇/压气机改型设计提供借鉴.     

部分进气燃气涡轮机叶轮流场数值模拟

基于求解雷诺平均的NAVIER-STOKES方程组,对部分进气燃气涡轮机叶轮内部流场进行全3D粘性定常数值模拟,研究了涡轮机叶轮内部流场精细结构。研究结果表明,本文所使用的数值模拟方法能够较好地捕捉部分进气燃气涡轮机叶轮内部存在的各种复杂流动结构;叶轮进口燃气超音速,导致叶轮入口产生激波,激波与边界层干涉,造成边界层分离,引起流动损失增大,从而影响叶片的载荷分布和涡轮效率;叶轮通道内部流动呈强3D特性,存在各种旋涡结构;部分进气设计和叶轮高速旋转,使叶轮受到强烈的交变力冲击,对叶片应力分布产生不利影响。该方法为部分进气燃气涡轮机设计及工程应用提供参考。     

离心压气机斜母线直纹面的后掠叶片造型方法

本文给出了一种斜母线(母线一般不在与转轴垂直平面上)的直纹面,用作离心压气机叶轮后掠叶片的中弧面。在此基础上形成叶片的压力面、吸力面两个直纹面。使用微型计算机绘制出按上述方法形成的叶轮图形,图形表明造型方法是正确的,用计算机进行图形绘制可以成为压气机叶轮设计的有力工具。     

离心式压气机后弯叶轮三元流场的计算及分析

本文对离心式压气机后弯叶轮的三元流场进行了计算分析,并将它们与径向直叶片及前倾叶片叶轮作了比较。另外又对离散点成型叶轮作了介绍和流场计算。     

液力变矩器流体-固体耦合压力脉动分析

在冲焊型高功率密度液力变矩器的设计过程中,需要考虑在油液非定常流动下叶片所受压力载荷脉动,以及在载荷脉动激励下结构的振动响应。采用基于动网格的流体-固体耦合方法,沿叶片入口至出口方向设定监测点,分析对应位置压力载荷脉动与叶轮振动时域特性,对载荷脉动进行频率转换并对叶轮模态进行频域分析。分析表明:涡轮叶片所受压力载荷脉动幅值最大处位于叶片入口与外环连接处;压力载荷脉动与叶片振动的幅值沿叶片入口到出口逐渐减弱,且随着速比升高载荷脉动幅值与叶片振动响应明显减弱;涡轮脉动峰值频率在叶轮第2阶与第3阶模态之间,随速比升高,压力载荷脉动频域幅值明显减弱。     

焊接叶轮残余应力的数值模拟

采用双椭球热源模型建立叶轮TIG焊接的移动热源模型,以计算得到的温度历史作为热载荷,计算焊缝附近的残余应力分布,通过对比已有的文献实验数据以验证模型的有效性。进一步建立叶轮残余应力和残余变形的计算模型,分析焊接温度历史、叶轮应力和变形历史之间的内在联系,研究焊接参数和叶轮参数对焊后残余应力和残余变形的影响规律。分析结果表明:在叶轮叶片焊接时,获得的热应力随焊接温度的增加而增加,当焊接温度达到峰值时,热应力滞后几秒达到最大值;随着叶片厚度的增加,焊接变形略有减小,远离焊缝位置的叶片残余应力随叶片板厚增加而减小,同时叶片的残余应力和变形与叶片和叶轮的刚度比有关。     

考虑上下游影响的离心式压气机三元流场计算

本文提出了作叶轮叶片面的上下游延伸流面,在叶片面和上下游延伸流面围成的接长了的叶轮流动通道内,用准正交面方法计算三元流场。经迭代调整,当叶片延伸流面和各中间流线、流面都收敛到稳定的位置后,就得到考虑下上游影响的叶片通道中气流参数三元分布。本方法可用于变工况流场计算。用本方法计算一个离心式压气机叶轮三个工况下的三元流场,所得流场与叶轮性能试验结果大体上是协调一致的。     

分流叶片后弯叶轮的三元流场计算及分析

本文应用任定准正交面方法对离心式压气机带分流叶片后弯叶轮的三元流场进行了计算,计算考虑叶轮上下游影响以满足流场的周期性条件,计算结果与无分流全长叶片情况作了比较,并分析讨论了分流叶片所处最佳位置。     

后弯压气机设计的分析研究

后弯压气机较径向压气机具有高效率区流量宽广,且压气机效率高的优点,使得与后弯压气机相匹配的发动机的动力性、经济性得到改善。本文论述了为设计后弯压气机,而做的后弯模型叶轮试验研究,国外后弯压气机叶轮测绘分析工作,以及在此基础上对优秀样机所做的叶轮成型规律和方程建立工作,这些工作为自行设计后弯压气机提供了有益的参考。     

涡轮增压器轴向力变化规律试验与仿真

提出一种基于悬浮式设计的涡轮增压器轴向力测量方案,解决涡轮增压器轴向力测量范围窄和零点漂移问题,通过试验测量了增压器转子轴向载荷。进一步建立包含轮背间隙、密封环间隙的增压器压气机和涡轮仿真分析模型,基于试验结果验证模型的可靠性,并应用该模型研究揭示了增压器压轮和涡轮轴向力随工况的一般变化规律。研究结果表明：外吹状态时,在同一转速下增压器转子轴向力值随压气机端质量流量的减小而增大;自循环状态时,在转速低于额定转速时,增压器转子轴向力随转速的增加而增大,在转速高于额定转速时,增压器转子轴向力随转速的增加而减小;同一转速下,除喘振点附近,压气机轴向载荷随入口质量流量的减小而增大,涡轮轴向载荷随涡轮入口质量流量的增加而增大;压端和涡端轴向载荷最大的两个区域均为叶轮背盘和叶轮轮毂,且两区域轴向载荷方向相反。     

变海拔环境下离心压气机叶轮多场应力响应

针对车用涡轮增压器离心压气机叶轮在变海拔环境下可能出现的静强度失效问题,开展了叶轮在变海拔环境下多场载荷及应力响应的变化规律研究。采用单向稳态流体与固体耦合的方法,计算了叶轮在气动载荷、热载荷以及离心载荷作用下的单场应力以及多场耦合应力。结果表明：在真实流量、真实转速不变,仅根据海拔高度不同改变进气压力与进气温度时,叶轮进口流动角随着海拔升高而增加,导致高海拔环境下长叶片前缘静压差较大,最大气动应力从长叶片尾缘转移到前缘,叶轮的热载荷、热应力以及最大多场耦合应力随海拔升高而减小;在增压发动机工况不变时,随着海拔的升高,叶轮气动应力与热应力的绝对变化较小,压气机转速上升带来较大的离心应力增幅,进而导致耦合应力的增加。     

液力变矩器叶轮能容定向优化反设计方法

为提升液力变矩器性能的同时优化内部流场载荷分布,在对变矩器叶片设计过程中通过对泵轮动力载荷的合理设计,采用反设计方法并基于流场特性对变矩器能容性能进行定向设计,通过优化叶片形状增大液力元件的能容,同时改善流场平顺性。设计结果表明,反设计方法使泵轮能容提升了5.2%,同时内流场施加到叶表的载荷幅值下降了4.9%,反设计方法实现了泵轮能容的定向优化设计。     

基于遗传算法的往复活塞式空气压缩机结构优化设计方法

提出了一种基于遗传算法的往复活塞式空气压缩机优化设计方法.该方法是以空气压缩机活塞直径、活塞行程作为设计变量,以空气压缩机功率损失最小为目标进行优化设计的,最终求得具有最小功率损失的空气压缩机部分结构参数.     

装甲车辆用三元风机的气动设计与研究

本文将三元流动的基本理论用于装甲车辆风机。全面介绍了叶轮的设计和计算方法。分析了叶轮中的流场,提出了改善流场和提高效率的措施.     

离心式压气机变工况性能模拟计算分析

本文分析了离心式压气机工作过程,分析了压气机工作性能随工况变化的内在原因,分析探讨了各项损失随工况的变化规律并建立了损失模型。在此基础上完成了离心式压气机全工况性能模拟计算分析程序PREC—PCP,它可以完成离心式压气机工作范围内性能的分析计算与特性图的绘制.利用此程序可以对一般增压器的压气机进行性能分析与计算。对于离心式压气机的性能分析与改进和结构的优化设计具有一定辅助作用。     

水下航行器燃气涡轮机叶轮模态分析

为了避免水下航行器燃气涡轮机在工作时发生共振,在合理的假设条件下建立了燃气涡轮机叶轮的有限元模型,利用有限元分析软件ANSYS的循环对称方法对其进行了模态分析,并对前12阶振型进行了讨论,分析了叶轮转速和工作温度对叶轮模态的影响,所得结论符合工程实际规律,对水下航行器燃气涡轮机的安全使用、结构设计和动力学分析具有重要的参考价值。     

进气弯管对离心压气机特性影响及弯管结构优化

离心压气机进口常采用弯管导流进气,弯管中的二次流动会导致压气机进口气流出现畸变,影响压气机的气动性能。针对这一问题,通过数值仿真与台架试验相结合的方式,研究弯管对离心压气机特性的影响规律及产生机理。在此基础上提出在弯管内增加导流肋片的改进方法,并进行数值仿真与试验验证。研究结果表明：在压气机进口增加弯管后,压比和效率特性都发生了一定程度的恶化,在大流量工况时,性能的下降尤其显著;采用内部布置导流肋片的弯管结构,能够进一步规范弯管内部气流的流动特征,改善压气机进口流动状态,使流动变得相对均匀,从而使性能得到全方位的提升。