风机叶片表面分离涡与宽频噪声辐射特性的分析

采用大涡模拟结合噪声FW-H模型,计算分析了低马赫数下风机Clark-Y叶型的流场结构、叶型表面压力脉动特征以及宽频噪声特征,并对表面压力脉动与远场声压的频谱进行了对比.结果表明:叶片表面形成的分离涡涡束与叶片表面压力波谷存在关联,每处分离涡对应着一个表面压力波谷;分离涡声源的远场声辐射能力极小,叶片的宽频噪声主要来源于来流冲击前缘点形成的压力脉动和尾缘涡脱落产生的压力脉动,前缘点的声辐射能力高于尾缘区域的声辐射能力.     

轴流泵内部流动诱导噪声数值研究

为改善轴流泵运行的稳定性,采用CFD方法和Lighthill声比拟理论,利用CFX对模型泵在0.55Q_(BEP)、0.6Q_(BEP)、0.9Q_(BEP)、Q_(BEP)、1.1Q_(BEP)流量下的轴流泵内部流场进行非定常模拟,并基于CFX数值模拟所得到的流动信息,根据FW-H方程提取叶片表面偶极子声源,并在LMS Virtual.Lab中采用内外声学直接边界元模型计算不同工况下的模型泵内叶频及其谐频处的内声场。研究结果表明,泵内边界上最大声压值随着流量的减小逐渐增大;叶片偶极子噪声在叶频96Hz处的深度失速工况泵内边界声压比最优工况下增大了28.9%;壳体偶极子噪声在轴频24Hz处的深度失速工况泵内边界声比最优工况下增大了6.5%,在叶频96 Hz时的深度失速工况泵内边界声压高于最优工况7%。     

基于叶片弯掠技术的优化设计

在三维粘性流场的数值计算程序平台上,利用BP神经网络和遗传算法,通过叶片弯掠技术对一轴流风机的转子叶片的周向弯曲角度进行寻优,以使风扇的气动性能进一步提高。通过对比优化前、后的叶轮发现,优化之后的叶片呈现明显的周向前弯曲特征。测试结果显示,其全压和气动效率分别提高了3.56%和1.27%,失速裕度大幅度拓宽36%以上,上、下端部的损失进一步降低。     

叶型最大挠度点位置对轴流泵流动激励力及其流动噪声的影响分析

叶型最大挠度点位置的移动对轴流泵叶片吸力面的附面层流动有较大影响,从而影响轴流泵的流动效率。利用计算流体力学方法对叶轮叶片具有不同叶型最大挠度点位置N_c的轴流泵模型内部定常和非定常流场进行数值模拟,分析轴流泵内非定常压强分布随N_c变化的规律。研究结果表明:随着N_c向叶片尾部移动,轴流泵扬程和效率均提高;N_c从0.3增大至0.4时,扬程提高了0.94 m,约20.3%,效率提高了2.7%;N_c从0.4增大至0.6时,扬程提高了0.25 m,约4.5%,效率提高了0.3%.从叶高静压分布和泵内流动激励力均可以看出,N_c为0.4、0.5和0.6时的流场相对于N_c为0.3时更有利于提高流动效率。轴流泵的声场结果表明,N_c=0.6时声压级最低,且振速最小。     

叶片的周向前弯角度对低压轴流风扇叶顶泄漏流场的影响

基于4个具有不同周向前弯角度叶片(前弯1.27°,6.1°,8.3°,12°)的低压轴流风扇,对叶顶泄漏流场进行了实验和数值模拟.利用雷诺平均N-S方程组加S-A一方程湍流模型对叶轮在稳定工况点处进行了三维粘性流场的数值计算,分析了叶顶处叶片表面压力的轴向分布,计算结果表明:随着叶片周向前弯角度的增加,叶顶泄漏涡的初始位置逐渐向叶片后缘移动.利用粒子图像测速仪(PIV)系统对叶轮的叶顶泄漏流场进行了实验测量,清晰地展示叶顶泄漏涡的发展过程,结果显示:随着叶片周向前弯角度的增加,叶顶泄漏涡的轴向位移"先减小后增大",周向位移"先增大后减小".     

环形扩压叶栅弯叶片对流场性能的影响

对比研究了直叶片叶栅与弯叶片叶栅吸力面角区和下端壁流场显示的不同表现,发现弯叶片对角区分离流结构影响较大,它对减小端区马蹄涡尺度和减弱横向二次流作用明显。将不同叶栅中三维流向涡（通道涡和集中脱落涡）沿流向截面内的位置与强度作为研究对象,细致地分析了在采用弯叶片前后涡位置和强度的变化,分析表明两种涡的位置受弯叶片影响较大;通道涡沿流向的强度变化受弯叶片影响较为明显,而集中脱落涡强度受弯叶片影响却很小。来流马赫数、叶型折转角和稠度在一定范围内对弯叶片作用有规律性影响：当马赫数为0．7时,最佳弯角弯叶片降低损失7％．而马赫数为0．2时,最佳弯角弯叶片降低损失仅4％。     

水下系留平台的海流发电叶片翼型流噪声特性研究

针对水下系留平台的海流发电叶片流噪声较为严重的现象,基于大涡模拟瞬态求解结果,采用FW-H方程对水下系留平台的海流发电叶片翼型噪声特性开展研究。研究表明:所采用的数值计算方法与经典试验测量得到的噪声频谱非常接近,说明该计算方法的适用性;3种翼型的近场噪声辐射特性存在较大差异,远场噪声均呈典型声偶极子辐射声场;随着海流速度的增大,近场噪声的指向从翼型尾缘移向前缘,近场和远场噪声声压级值均逐渐增大;倍频带声压级频谱图反映出其噪声能量值集中在低频段,且均随流速的增大而增大;随着攻角的增大,翼型流噪声声压级值逐渐增大,近场和远场辐射噪声越来越严重,这与流场压强改变密切相关。     

燃料分配对燃烧室内压力脉动及NOx 生成的影响

采用大涡模拟的方法研究了燃料分配对燃气轮机燃烧室内压力脉动及NO_x生成的影响规律。分析表明:增大值班燃料比使得压力脉动幅值明显降低,脉动频率也有所下降,其降幅则随值班燃料比的增加而减小。这说明,较高值班燃料比条件下,继续增大值班燃料比对燃烧不稳定性的进一步抑制作用减弱。增大值班燃料比使得预混段内温度升高,燃烧反应速率加快,高温区向上游移动,燃烧室内NO_x摩尔分数增大,其增幅随值班燃料比的增加而增大。这说明,较高值班燃料比条件下,继续增大值班燃料比导致NO_x生成速率进一步增大,不利于控制NO_x排放。     

翼型的选择对轴流泵抗汽蚀性能的影响

先对NACA0010系列的5种最大相对厚度位置不同的翼型分别在GAMBIT中进行轴流泵建模，通过FLUENT软件对5个泵内部流场进行三维数值计算，通过对比分析得出，翼型最大相对厚度在弦长的50％处时对汽蚀的抑制效果最好。再选择最大相对厚度在弦长50％，最大相对厚度不同的4种翼型，对4台泵进行同样的计算，可以得出最大相对厚度为14％时泵的抗汽蚀效果最好。     

不同攻角下压气机叶栅涡流噪声辐射特性的研究

采用大涡模拟模型和边界元方法对压气机叶栅的非定常流场与声场进行了分析,研究了来流攻角对叶栅尾缘非定常涡脱落及其噪声辐射特性的影响.结果表明：压气机叶栅流场中存在着尾缘涡脱落现象,尾缘涡脱落的强度随着攻角的变化而变化.在较大的正攻角下,吸力面存在的分离涡与下游的尾涡相互影响,引起较大的升力脉动,使得噪声辐射增强;而在较大负攻角下,压力面的分离涡同样影响尾缘涡的脱落,噪声辐射水平也有增强趋势.来流攻角对噪声辐射的指向性影响不大.声压级的最小值出现在阻力系数最小的攻角下.     

周向前弯轴流风扇转子叶顶泄漏流动研究

以低压轴流风扇3个代表性的周向前弯角(前弯1.27°、8.3°和25°)的叶轮作为研究对象,对三维粘性流场进行了数值计算,并对出口损失进行了试验测量,计算与测量结果能够较好地吻合。结果显示,叶顶泄漏涡的起始位置随着叶片周向前弯角度的增加而沿叶弦后移,逐渐接近叶片后缘,但旋涡的强度并不是一直增大,达到某一前弯角度以后,泄漏涡由于受到叶片尾迹的影响而减弱。由此反映出,较大的前弯角度的叶轮,叶顶区域流动变得更加复杂,同时对上端部损失的影响因素增多,包括了泄漏涡、二次涡、尾迹以及它们之间的相互掺混。     

轴流式混输泵叶片载荷分布特性研究

为了研究气液两相条件下多级轴流式油气混输泵的叶轮叶片载荷分布特性,选用标准κ-ε湍流模型,利用CFD软件探讨了不同工况下轴流式混输泵叶轮叶片压力载荷随含气率及流量变化的规律,并分析了混输泵叶轮内进行能量转化的主要部位。结果表明,当流量一定时,随着含气率的升高,混输泵叶轮叶片工作面和吸力面压力载荷逐渐升高,且小流量工况下叶片压力载荷受含气率变化的影响程度要大于大流量工况;混输泵叶轮前半段在靠近轮毂处的能量转化能力较差,靠近轮缘处的能量转化能力较强,且叶轮前1/3段能量转化能力明显高于叶轮其他段,即混输泵内进行能量转化的主要部位是叶轮前1/3段。     

轴流泵内部流场的数值模拟

为更深入研究轴流泵并了解其流道内流场特性,结合南水北调东线工程某泵站模型能量试验数据,采用计算流体动力学软件Fluent, 在多重参考系坐标下,运用基于壁面律的RNG κ〖KG-*6〗 ε的湍流模型对模型泵进行数值模拟。 计算采用交错网格的有限体积法求解三维不可压Navier Stokes方程, 进口压力值选为0。通过计算预测了泵的水力性能,并与模型试验结果进行了比较,结果显示设计工况下数值预测与试验数据值吻合较好,非设计工况下偏差较大。     

静叶倾斜对双级轴流风机性能和噪声影响的数值研究

以某600 MW机组配套的两级轴流风机为研究对象,采用Fluent软件对其进行三维数值计算,研究了静叶倾斜对风机性能和噪声的影响。结果表明：当正倾斜角度15°时,在设计工况风机效率提高0.09%、全压降低0.36%;静叶正倾斜角度大于25°或反倾斜时,风机效率和全压均降低。静叶正倾斜使两级静叶区的总声压级均有所降低,正倾斜15°时在设计工况点第2级静叶区总声压级降低4.4 dB,且倾斜角度越大降噪效果越显著;静叶反倾斜后,第1级静叶噪声基本不变,第2级静叶区总声压级增大2.5 dB。综合分析静叶倾斜对风机性能和噪声的影响,静叶正倾斜15°为最优方案。     

基于大涡模拟的发动机缸内湍流流动及拟序结构

应用大涡模拟方法对发动机缸内湍流流场进行了三维瞬态数值分析.主要从湍流脉动、湍动能和缸内拟序结构演变等方面考察了发动机缸内流场特性.计算结果表明:相比雷诺平均模型,大涡模拟方法可以更真实地反映发动机循环过程中缸内气体流动的细节和规律.利用大涡模拟结合Q准则判别法可以较好地识别缸内大尺度湍流拟序结构;拟序结构对于缸内大尺度动能的产生及湍流的维持具有关键的作用.RANS类模型则不具备充分捕获大尺度拟序结构的能力.湍流脉动与活塞平均运行速度接近于成正比.     

基于复杂度的轴流风机动叶偏移时声压信号的表征

以OB-84型单级动叶可调轴流风机为研究对象,在大涡模拟LES基础上,引入FW-H声学模型,模拟得到动叶安装角异常时风机各区域的声压信号分布,并与正常工况进行了比较.基于功率谱密度特征,对原始声压信号进行小波分解与重构,并提取重构信号的特征熵,探讨了3种复杂度算法及其表征能力.结果表明:不同区域内声压时域特征各异,当动叶安装角异常时,声压信号的脉动形态、脉动区间和幅值均发生改变;该风机噪声信号在低频处呈现出明显的离散峰值特征,且能量逐级递减,而随偏离度增加,宽频噪声特性更加突出;动叶区声压信号特征熵最低,规律性很强,集流区和扩压区的气动特性和噪声信号相对稳定,可用近似熵、样本熵和Lempel-Ziv复杂度来表征风机单动叶偏离程度.     

不同角度下方形钝体绕流的特性研究

针对水流作用下三维钝体绕流的尾迹演化特性,采用大涡模拟法模型四种不同迎流角度,分析其受力情况、频率特性、分离形式和3D流动状态,揭示了钝体绕流现象的形成机理,提出了涡旋形态变化的一般规律。研究表明,随着迎流角度的增加,升力和阻力系数呈先降后升的趋势,当θ=12°时两者均达到最小值;分析了四种角度下流体在钝体周围的运动规律,结果表明其流动分离位置和回流区长度各不相同;雷诺数一定时不同角度下的绕流涡旋频率基本一致。该计算结果对类似工程设计有重要参考意义。