交错叶片式双吸泵流动特性分析

为探究交错叶片式双吸泵的内部流动特性,本文基于CFD性能预测方法,在0.19Q_0~1.54Q_0不同流量工况下对某型号交错叶片式双吸泵全流道进行了数值模拟,并研究了泵外特性变化规律,分析泵压力、流速、流线和湍动能分布情况。结果表明:交错叶片式双吸泵效率高,额定工况下效率达到86.2%,高效区范围广,在额定流量工况附近,效率保持在80%以上;泵内部流动稳定,无明显漩涡与回流;在小流量工况下,泵内部流动变得紊乱,在叶轮流道间、叶轮与压水室交界处和隔舌附近存在明显脱流与漩涡,湍动能耗散严重,导致泵效率急剧下降。通过本文研究能对这类双吸泵的高效使用提供一定指导,并为该泵的进一步优化提供一定的参考。     

叶片厚度分布对两级离心泵空化性能的影响

针对叶片厚度分布对两级离心泵空化性能的影响,通过对第一级叶轮叶片的厚度分布进行优化,研究其对泵外特性、压力脉动以及流体激励力的影响。结果表明：采用线性厚度分布的对称叶片时,前缘厚度对空化性能的影响最大,叶片越薄,泵的抗空化能力越强;随着尾缘变厚,压力脉动幅值向叶轮进口方向偏移,且随着叶片厚度减小,压力脉动幅值相应减小。第一级叶轮流道内的压力脉动主频为干涉叶频,保留高幅低频的宽频特征,所受空间三向力的脉动主频为2倍叶频,轴向力较小,脉动幅值较低,径向力的主要信号成分是叶频和2倍叶频。     

动叶可调轴流风机前后级叶轮单叶片非同步调整时的内流特征

对某两级动叶可调轴流风机进行了整机三维定常数值模拟,研究了不同工况下第一、第二级叶轮单叶片安装角发生非同步调整对风机整机、单级叶轮以及异常叶片周围流场的影响.结果表明:叶片安装角发生小角度偏离时,风机的全压和效率均变化不大,随着偏离度△βy的增大,风机性能显著恶化;第一级叶轮异常时风机的整体性能、单级叶轮的总压升能力和异常叶片自身的做功性能以及前后级导叶效率均劣于第二级叶轮异常时,尤其是负向偏离时表现更显著,仅△βy=12°时优于第二级叶轮异常时;正向偏离时,第一、第二级叶轮的熵产率和流线分布呈相似规律,均在异常叶片吸力面侧尾缘形成高熵产率区和分离涡,其大小随△βy增大而增大;负向偏离时,第一级叶轮异常时在异常叶片的压力面侧为高损失区,而第二级叶轮异常时则对相邻叶片的吸力面产生影响,并在其尾部形成分离涡.     

分流叶片周向位置设计及其对离心叶轮内部流动的影响

利用计算流体力学软件，对某高压比、高转速、小流量离心式压气机的半开式叶轮内部三维粘性流场进行了数值模拟研究。重点分析了分流叶片周向位置对叶轮内部流动和性能的影响，提出了适合此半开式离心叶轮分流叶片周向位置的设计方案。结果表明：分流叶片不同周向位置对流场影响明显，当分流叶片偏向长叶片吸力面侧时，叶轮流道内低速区增大，流动分布不均匀。研究还发现：固定分流叶片进口而将出口位置向长叶片压力面侧偏置，可以改善叶轮内部流动情况，提高叶轮性能。     

叶片进口边位置对小流量工况下离心泵空化特性的影响

为研究叶片进口位置对小流量工况下离心泵空化性能的影响,应用数值计算方法模拟了比转数为81的离心泵的三种模型,得到不同进口边位置的离心泵空化特性,并分析了叶轮内部流场与空化性能曲线的影响关系。结果表明,在小流量工况下,低比转速离心泵叶片进口边位置越靠前,抗空化性能较好,但严重空化后扬程衰减更快,流道直接被空泡堵塞,流道和叶片表面气泡分布较均匀,且气泡充斥流道速度较快,气泡体积分数各流道差值越小。相比较而言,叶片进口位置越靠后,气泡在流道内部和叶片背面分布不均匀,易出现噪声和振动,但在断裂空化状态,气泡并未完全堵塞流道,扬程下降速度较慢。整体来看,在小流量工况下,叶片进口边位置越靠前,离心泵的抗空化性能较好,并通过试验研究验证了模拟结果的可靠性。研究成果可为小流量工况下低比转速离心泵抗空化性能的优化提供参考。     

周向弯叶片对动叶可调轴流风机气动性能影响的数值模拟

为了有效改善轴流风机气动和声学性能,以带后置导叶的OB-84型单级动叶可调轴流风机为对象,利用Fluent软件和Ansys有限元分析模块,对比叶片弯曲前后风机的气动性能和内流特征,分析其静力结构特性并进行了噪声预估。结果表明:叶片弯曲后风机全压提高,大体积流量侧气动性能改善效果明显,设计工况点前弯3.0°性能提升最佳,全压和效率分别提升了3%和0.16%;前弯叶片增大了叶根区轴向速度,延缓了叶根区分离流动的出现,提升了叶片中下部做功能力,减小了叶顶区吸力面与压力面间的压差,有效抑制了叶顶泄漏流的产生;弯曲叶片对降低声功率级影响较小,但可缩小高噪声区分布,从而降低风机噪声。     

扩压器叶片厚度分布对离心压气机性能的影响

叶片扩压器对离心压气机性能有着重要影响,在某机翼型叶片扩压器的叶片角分布规律保持不变的情况下,调整扩压器叶片的厚度分布,通过流场对比分析扩压器叶片厚度分布对压气机性能的影响。结果表明:扩压器叶片最大厚度分别位于75%和50%弦长位置方案比最大厚度位于25%弦长方案的整级效率提升2. 3%和1. 4%,喘振裕度分别提高了34. 2%和16. 7%。     

表面粗糙度对透平叶片气动特性的影响研究

叶片为透平的核心部件,其气动性能直接影响透平的整体效率,叶片表面粗糙度的水平会影响透平级压力,导致叶型损失发生变化。应用数值模拟技术对某冲动式和反动式机组各4级透平级进行分析,考虑反动度、载荷分布以及旋转等多种因素,研究表面粗糙度变化对透平叶片气动性能的影响。CFD数值研究表明:叶型损失变化曲线的斜率随透平叶片表面粗糙度的增大逐渐变小;不同反动度的透平叶片受叶片表面粗糙度的影响存在差异,冲动式叶片相对反动式叶片受到的影响更为明显;吸力面上的粗糙度对气动性能的影响明显大于压力面粗糙度的影响,这种影响作用在反动度提高后相应变弱。研究成果可为透平叶片设计和加工提供参考。     

基于弯曲叶片的氦气轴流压气机优化设计

针对高负荷氦气压气机中角区分离、叶顶泄漏严重带来的效率损失问题，以单级氦气压缩机为研究对象，利用CFD方法，分析了不同弯曲角度下氦气压气机内部的角区损失和叶顶泄漏损失，并优化了现有五级轴流氦气压气机。结果表明：叶片正弯会增加端区处的静压，减少角区分离，进而降低角区损失；对动叶而言，在设计攻角下正弯也会增加前缘损失；动叶叶顶反弯使泄漏流远离下一个叶片的压力面，而合适的反弯角度可以降低叶顶泄漏量；选取合适的弯曲角度使五级轴流压气机设计点效率提高1.85%。     

小流量模型级叶片扩压器对叶轮的冲击

数值试验结果表明了某离心压缩机小流量模型级采用有叶扩压器可以显著提高模型级的效率,然而由于考虑到有叶扩压器可能对于叶轮造成冲击,因此在有叶扩压器的使用问题上需要非常谨慎。在扩压器叶片前缘与叶轮轮缘的距离较近位置的前提下,在不同流量下对其进行非定常数值模拟研究,研究叶片扩压器存在时叶轮上的压力脉动。结果表明,叶片扩压器对叶轮有着强烈的冲击。     

进口畸变下涡流发生器对压气机流场的影响

为研究进口总压畸变条件下涡流发生器对压气机流场的影响,建立单级轴流压气机模型,计算和分析了不同工况下的压气机内部流场。计算结果显示:在进口畸变条件下,压气机流场恶化,性能降低;使用涡流发生器后,可以有效改善静叶叶根附近的流场,控制叶片尾缘分离,降低沿叶高方向的压力波动,从而削弱进口畸变对效率的负面影响,改善出口压力场,提高压气机性能;相比于均匀的进口条件,在进口畸变条件下,涡流发生器改善压气机性能的作用更加显著。     

增压器压气机叶片结构/振动一体化优化设计

以废气涡轮增压器压气机叶轮为研究对象,创建了压气机叶片的三维参数化模型,通过全三维流场仿真分析,得到压气机的气动性能及叶片表面的压力分布.在不改变叶片形状、保证压气机气动性能的情况下,对叶片的静强度及振动特性进行了一体化优化设计.以叶片4个关键截面的叶顶、叶根厚度为设计变量,以离心力及气动压力作用下叶片的最大Mises应力、叶片的一阶动频为约束,以叶片体积为目标函数,在iSIGHT优化平台上集成了I-DEAS、ANSYS软件,采用混合整型优化和自适应模拟退火算法的组合优化方法,在满足叶片静强度小于屈服强度和一阶动频大于3倍工作频率的条件下,叶片体积(质量)减小了14.7%.     

多级轴流压气机模化设计中尺寸缩放对气动性能影响的数值研究

为了研究几何尺寸模化缩放及叶尖间隙对多级轴流压气机气动性能及内部流动的影响,采用Numeca程序对17级轴流压气机开展了数值计算。结果表明：在80%及100%等高转速条件下压气机效率随着模化比例增大而增大,而在50%转速下模化缩放对压气机效率的影响较小。相对于原型压气机,模化放大时,压气机前8级单级压比均有所降低,而后8级压比均提高;模化缩小时,压气机的变化规律则相反。随着压气机几何尺寸的增大,静叶叶根和叶尖区域的总压恢复系数显著提高。同时,叶片叶尖泄漏流区域的熵增减少,从而使各级效率均有所提升。缩放模化中,随着叶尖间隙的增大,泄漏流增多,恶化了动叶叶尖附近的流动分离,降低了动叶后50%弦长区域的相对马赫数,同时扩大了静叶上端壁的流动分离,使压气机效率降低。     

叶片后弯角对车用离心压气机性能的影响

对比分析了6种不同转速下压气机性能的试验与仿真结果.在验证了ANSYS CFX软件用于压气机性能模拟分析中的可靠性后,采用数值模拟方法对3种不同叶片后弯角的叶轮进行了性能计算,得到了相关转速下的压气机特性曲线.仿真结果表明:在不改变压气机出口静压时,在一定的叶片出口角范围内,叶片后弯角的增加使两条特性曲线均向小流量方向偏移,但近喘振点边界得到了拓展,使得压气机的流量范围变得更宽;在小流量区域内,叶片后弯角的增大能够改善压气机内部流动状况,提高叶轮工作效率;而在大流量区域内,较大的叶片后弯角会使叶轮的流通特性降低,叶轮的工作效率反而会降低;适当增加叶片后弯角可以增大压气机工作范围,使压气机效率和流道内的流动均得到提高和改善.     

超临界氦气离心压气机流场分析

设计了一个包含离心叶轮、扩压器和回流器的单级超临界氦气离心压气机,并采用数值模拟方法对设计结果进行了三维数值模拟分析。通过对总特性、叶表压力分布、展向参数分布以及三维流场的分析,得到了高负荷超临界氦气离心压气机各部件内部的典型复杂流动特点。研究结果表明：相比常规工质,超临界氦气离心压气机单级压比较低,但叶轮与扩压器的负荷和级效率较高,且超临界氦气整体流动为亚音流,只在叶片前缘局部出现超音区。     

Influence of Hub Contouring on the Performance of a Transonic Axial Compressor Stage with Low Hub-Tip Ratio

The rotor blade height with low hub-tip ratio is relatively longer,and the aerodynamic parameters change drastically from hub to tip.Especially the organization of flow field at hub becomes more difficult.This paper takes a transonic 1.5-stage axial compressor with low hub-tip ratio as the research object.The influence of four types of rotor hub contouring on the performance of transonic rotor and stage is explored through numerical simulation.The three-dimensional numerical simulation results show that different hub contourings have obvious influence on the flow field of transonic compressor rotor and stage,thus affecting the compressor performance.The detailed comparison is conducted at the rotor peak efficiency point for each hub contouring.Compared with the linear hub contouring,the concave hub contouring can improve the flow capacity,improve the rotor working capacity,and increase the flow rate.The flow field near blade root and efficiency of transonic rotor is improved.The convex hub contouring will reduce the mass flow rate,pressure ratio and efficiency of the transonic rotor.Full consideration should be given to the influence of stator flow field by hub contouring.     

Detailed analysis of the flow in the inducer of a transonic centrifugal compressor

Numerical and experimental investigations were conducted in a transonic centrifugal compressor stage composed of a backswept splittered unshrouded impeller and a vaned diffuser. A detailed analysis of the flow in the inducer (i.e. the entry zone of the impeller between the main blade leading edge and the splitter blade leading edge) is proposed from choke to surge. Steady and unsteady simulations were performed using the code elsA, which uses a multi-domain approach on structured meshes and solves the compressible RANS equations, associated with a two-equation turbulence model k-l in the rotating frame of reference. The 1MW LMFA-ECL test rig was used for carrying out the tests in the compressor stage. Unsteady pressure measurements up to 150 kHz and Laser Doppler Anemometry measurements were performed in the inducer. A good agreement is obtained between the experimental and numerical data even if an over dissipation is noticed in the numerical results. The change in flow pattern from choke to surge is mainly due to a change in the tip leakage flow trajectory which straightens, leading to a flow blockage of an individual passage near shroud. A spectral analysis shows that only the blade passing frequency and its harmonics compose the various spectra obtained from choke to surge.     

水泵水轮机空化流及转轮轴向受力分析

为研究水泵水轮机在水泵工况运行时的空化特性及转轮所受轴向力的变化情况,以某抽水蓄能电站模型水泵水轮机模型为研究对象,基于Zwart空化模型和SST k-ω湍流模型,在不同流量系数下进行不同空化数的三维数值模拟并与实验对比验证。结果表明:在小流量和设计流量工况下气泡首先出现在吸力面靠近前缘位置并逐步向叶片出口和压力面扩展,而在大流量工况下气泡首先在压力面出现,并扩展至吸力面区域且已远离前缘位置,同时探讨了轴向力随着空化数的变化规律。