空化对分流叶片式航空燃油泵性能的影响研究

为探究空化对某分流叶片式航空燃油泵性能的影响规律,本文基于RNG k-ε湍流模型与Zwart-Gerber-Belamri空化模型,利用ANSYS CFX软件对其内部流场进行了数值模拟,分析不同流量和不同空化程度下燃油泵内流动特性及压力脉动规律。结果表明:在不同流量下,空泡的演变规律相同,均随空化余量的降低,先从长叶片吸力面开始,逐步发展到短叶片吸力面,最后出现在短叶片压力面;小流量时泵的空化性能最优,同时,随着流量的逐渐增加,初生空化和临界空化逐渐出现;长短叶片压力面压力载荷在相对位置0.7～0.9处均存在波动,空化余量越小,波动越明显,且相比于长叶片,短叶片在此处压力载荷波动幅值更大,说明空化对短叶片做功的影响更大;空化对长短叶片前端压力脉动均有影响,但是对短叶片的影响略小。     

水泵水轮机反水泵工况的特性研究

为了解水泵水轮机反水泵工况的水力性能,以某抽蓄电站为例构建了水力模型,采用SSTk-ω模型和Presto差分格式模拟反水泵工况的内流场和外特性,并结合试验数据进行对比验证.结果表明,反水泵工况的扬程与流量关系曲线及特性曲线均呈抛物线分布;活动导叶开度越大,进入反水泵的转速越高,流量越大;反水泵工况存在大量的回流涡结构,反水泵的能量损失主要集中于活动导叶的入口和出口处;转轮内存在的脱流现象主要分布在叶片吸力面进口处和压力面出口处;流量越低,转轮流道大尺度涡结构越多,乃至充满整个流道.该结论为水泵水轮机“S”特性的研究提供了依据.     

模型水泵水轮机的尾水管旋涡空化流动分析

为研究水泵水轮机的空化性能,文章采用基于SST k-ω湍流模型和Zwart空化模型的两相流计算方法,对某抽水蓄能电站的模型水泵水轮机进行定常计算,并将计算结果与试验结果进行了对比。对不同导叶开度下3个非设计工况的数值计算结果进行了对比分析,结果表明:随着流量增大,涡带形状有所不同,小流量工况下涡带形状较为复杂,中流量工况下涡带为螺旋形,大流量工况下涡带为柱状;涡带半径越来越小,涡带中心的压力越来越低,当涡带内部压力低于汽化压力时,就会产生空腔空蚀,反而使得效率下降。当转轮出口处外侧存在圆周速度分量,中心区域速度较小时,会形成涡带,交界区域速度急剧变化的位置与涡带半径相对应,涡带形状与速度分布情况有关。     

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。     

不同工况下水泵水轮机尾水管压力脉动特性与改善措施研究

不稳定水流诱发的压力脉动是引起水力机械振动进而影响水泵水轮机安全运行的重要原因.为研究不同流量下水泵水轮机尾水管涡带形态的演变,分析空化系数对涡带形态的影响,基于FBM湍流模型,针对水泵水轮机五种典型运行工况进行非定常数值模拟,重点比较了不同流量与空化系数对尾水管涡带形态的影响.结果表明,当机组运行在0.5倍和1.1倍设计流量时,空化的影响最为明显.为了缓解尾水管压力脉动,进一步探究了抑涡槽和导流隔板对尾水管内部流态和低频压力脉动的影响.流场分析表明,抑涡槽和导流隔板能有效改善尾水管直锥段内部流态和压力分布,同时使得扩散段内部流动变得更稳定,尾水管涡带引起的压力脉动幅值和水流圆周速度变化整体降低.     

水泵水轮机泵工况下内部空化特性分析

为研究空化条件下水泵水轮机泵工况的内部空化特性,基于ANSYS CFX(有限元分析)软件采用k-ε湍流模型、均质多相模型和Rayleigh-Plesset方程,对某抽水蓄能电站模型机进行了全流道非定常空化流动数值计算。根据模拟结果预测了水泵水轮机泵工况工作无空化时的能量特性和空化发生时的空化性能,并与试验数据对比。结果表明:流场数值计算成功地捕获到了空化发生、发展及空间演变过程;随着空化数的变化,空泡在叶片背面进口附近产生,然后沿着流线向叶轮出口扩散,并随着流道过流面积的增大向叶片工作面扩展,直接影响叶片上的压力分布和叶片中间流线上叶片载荷分布;在空化严重时,会造成叶轮流道内流动紊乱和严重堵塞,导致效率的大幅下降,对机组安全稳定运行非常不利。     

多工况下高水头水泵水轮机压力脉动特性分析

为研究多工况下高水头水泵水轮机内部的压力脉动特性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机模型为例,采用SST湍流模型对非设计工况点下的水泵水轮机进行三维全流道非定常数值模拟,同时监测了固定导叶与活动导叶间、无叶区及尾水管处的压力脉动。结果表明,对于固定导叶与活动导叶之间的区域,水轮机工况下的压力脉动主频为叶片通过频率,而水泵工况下的最高扬程和最低扬程工况的主频分别为转频和叶片数通过的频率;对于无叶区,由于受到强烈的动静干涉效应,水轮机、水泵工况下的主频均为转轮叶片数通过频率,且脉动幅值较大;对于尾水管区域,直锥段处的频率分布规律与流量有关,水轮机小流量工况下,尾水管内主要为0.3倍转频的低频压力脉动,而水轮机大流量工况下,脉动频率主要以2.6倍转频为主。     

长短叶片水轮机转轮气液两相流的数值模拟

为降低水轮机运行过程中的空化现象并提高经济效率,以长短叶片混流式水轮机HLA351 LJ 170原型机为研究对象,采用完整的空化流模型和商用CFD软件FLUENT中的Mixture多相流无滑移模型,在大流量工况下对长短叶片混流式水轮机进行了气液两相流数值模拟。计算结果表明,该工况下长短叶片水轮机转轮流速、压力分布合理,水力性能较好。由此预测了长短叶片水轮机空化发生的部位和程度,对水轮机优化设计或改型等具有重要的指导意义。     

水泵水轮机导叶动态水力矩特性分析

采用SST k-ω湍流模型对某高水头水泵水轮机进行全流道三维非定常数值模拟,分别对在水轮机工况和水泵工况运行下的导叶动态力矩特性进行分析。结果表明:在水轮机工况下,随着流量的增大,不同位置处导叶的动态水力矩变化规律一致,力矩值由正值变为负值,力矩脉动频率与转轮叶片数相关,流量越大,叶频影响越显著;在水泵工况下,最高扬程工况时导叶水力矩脉动频率主频为转频且脉动幅值较大,而最低扬程工况下导叶水力矩脉动主频为叶频,力矩脉动幅值较小。     

潮流能水平轴水轮机空化数值模拟

以50 k W潮流能水平轴水轮机为例进行叶片设计,采用计算流体力学软件Fluent分别模拟全湿流模型和空化流模型的水轮机水动力学性能,数值模拟结果表明水轮机运行过程中存在空化现象,空化首先发生在背流面叶片尖端,由叶片尖端向叶片中部发展,空化的发生可降低水轮机的功率系数和扭矩系数,增大水轮机的轴向力系数,工程上应采取相应的措施。     

叶根倒角对轴流压气机转子两端区流动结构的影响研究

为了揭示叶根倒角对跨音速转子的气动性能影响规律,以NASA的Rotor67转子为研究对象,采用数值方法研究了叶根倒角对跨音速轴流压气机角区分离和工作裕度的影响机制。结果表明：叶根倒角的引入改善了叶片倒角区前缘附近的来流攻角适应性及该区域的叶型几何曲率分布特征,进而提升叶根吸力面的抗分离能力。带有倒角结构的转子叶片在其叶根倒角未覆盖区的叶型中后段周向压力梯度大于原型叶片,有利于克服气流沿吸力面流动时产生的离心力,进而抑制了尾缘附近的分离现象,使得该区域效率提升了3.9%以上。倒角的存在借助于径向平衡约束,重塑了叶尖区域的沿程叶表静压分布,并减小了尖区的入口轴向速度,直接导致叶尖区域主流流体的通流能力明显削弱,并诱发相对更强的间隙泄漏流,从而使得跨音转子提前发生失速,压气机工作裕度降低了19%以上。     

Visualization and Experiment of Tip Vortex Phenomenon in Cooling Fan using Digital Particle Image Velocimetry

The Digital Particle Image Velocimetry (DPIV) is an efficient method for measuring the internal flow field of a low-speed cooling fan. This paper studied the velocity field by means of PIV technology for a leading edge swept axial-flow fan without casing, and the tip vortex phenomenon was observed. Time-averaged velocity measurements were taken near the pressure surface, the suction surface and the tip of blade, etc. Moreover, the flow characteristics were visualized using numerical techniques. Experimental results showed that this tip vortex existed at the leading edge of the blade. The generating, developing and dissipating evolvement process of the tip vortex from the blade leading edge to downstream were discussed in detail. In addition, by comparing DPIV results and numerical results, a good agreement between them indicated a possibility to predict flow field using CFD tools. The experimental data provided in this paper are reliable for improving the aerodynamic characteristics of the open axial fan.     

间隙变化对轴流压气机转子近失速工况叶顶流场的影响研究

为研究间隙变化对轴流压气机转子近失速工况下叶顶流场结构的影响,以轴流压气机转子Rotor37为研究对象,对其叶顶流场进行定常和非定常的数值模拟。计算结果表明：随着叶顶间隙的减小,压气机的总压比和等熵效率均有所提高,稳定运行范围扩大;2倍设计间隙下,叶尖泄漏涡经激波作用后发生膨胀破碎,堵塞来流通道,诱发压气机堵塞失速;0.5倍设计间隙下,吸力面流动分离加剧,发生回流,部分回流与来流在压力面前缘上游发生干涉,进口堵塞加剧,致使部分来流从前缘溢出,导致压气机叶尖失速;不同间隙下压气机失速过程的主导因素不同,大间隙下失速由叶尖泄漏涡破碎的非定常波动引起,小间隙下失速主要由流动分离引发的周期性前缘溢流所主导。     

Experimental Study of Endwall and Tip Clearance Flows in a Two—Dimensional Turbine Rotor Blade Cascade—Effect of Incidence Angle

IntroductionA ttirbomachinery rotor must have a slhall hilt finite clearance relative to its surrounding casing. Theflow, which leaks thlough this fililte gap, has a surprisingly large effect on the aerodynamics of the flow.The loss produced due to the tip clearance is an.unavoidable loss. The presence of tip clearance ajtersthe endwall flow siglilflcaotly. The normal secondaryflow interacts with the leakage fluid ajs it easts fromthe suction surface. The leakage fluid rolls into whatis known…     

Noise Characteristics of Centrifugal Blower with Low Solidity Cascade Diffuser （Noise Reduction by means of Small Groove Located at LSD Blade Leading Tip）

This paper deals with the effect of the blade tip-groove of the low solidity cascade diffuser (LSD) on the blower characteristic and the noise generated by the LSD. The small grooves were set up at the root and/or tip near the leading edge of the LSD blade. In order to clarify the mechanism of noise increase due to LSD and also to reduce the noise, the relationships between the noise increase based on the LSD, the LSD performance and the secondary flow formed additionally by the tip-groove were investigated experimentally as well as numerically, especially analyzing flow behaviors in the LSD in view points of flow separation on the suction surface of the LSD blade and the secondary flow on the side walls. By reducing the stagnation region smaller near the root and/or tip of the LSD blade leading edge, the secondary flow behavior changes remarkably around the LSD blade, as a result, the noise level and the blower characteristics vary. It can be concluded that, by means of a small tip-groove located only at the shroud side near the LSD blade leading edge, the noise generated by the LSD can be reduced without deteriorations of the LSD performance and the blower characteristics as well.     

小型离心压气机径向扩压器复杂涡系结构分析

对某小型离心压气机进行详细数值模拟,构建径向扩压器复杂涡系结构模型,重点分析设计、堵塞、失速工况下径向扩压器内部复杂涡系结构。研究表明：径向扩压器内部涡系结构主要包括前缘涡、两个通道涡（压力面侧通道涡与吸力面侧通道涡）以及喉部涡;主叶片吸力面的前缘涡是机匣侧低能流体在展向与流向压力梯度作用下形成的,喉部涡是吸力面侧通道涡沿分流叶片前缘的回流与前缘涡构成的;喉部涡在喉部的堆积是导致径向扩压器失速的原因,径向扩压器喉部的激波则是堵塞的原因;随流量的减小,前缘涡的涡核越向相邻主叶片压力面迁移。     

Experimental Investigations of the Three—Dimensional Flow in a Large Deflection Turbine Cascade with Tip Clearance

INTRoDUCTI0NThetipleakaeflowisnowrecognizedasanimpor-tantsourceoflossesinbothcompressorsandturbines,asasourceofcoolingprobleminturbinesandasourceofinstabilityincomPressorsandfans.Manyturbo-maChinimPellersarenotshroudedandtheleakaeflowthroughthetipgaPofthebladeisanunavoidablefaCtorwhichdeterioratestheperformance.Den-tonandCumpsty[1]melltionedabouttwodistinctandequallyimportantaspects.tothetipclearanceflows.First,thereisareducti0ninthebladeforce,there-fore,theworkdone.Thisoccursbecausethe…     

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。     

多级轴流压气机喘振特性分析

基于求解三维雷诺平均N-S方程,采用混合平面法并应用微机网络并行计算技术,结合Spalart-Allamaras一方程湍流模型,对某型多级轴流压气机非设计工况进行了数值计算,分析了近喘振工况下的流场特性。结果表明:在近喘振点时气流流量减小,在叶片吸力面尾缘处容易出现分离,而且叶根附近分离最强。数值模拟结果与实验数据吻合较好,可为压气机的设计和优化提供参考。     

双吸泵空化非定常数值分析

为了分析双吸泵内部非定常空化流,采用SST湍流模型及基于Rayleigh-Plesset方程的输运空化模型,对双吸泵空化流场进行定常与非定常模拟,得到了双吸泵内流场空化初生部位及空化发展情况,并设置监测点分析了空化状态下双吸泵内不同位置处的压力脉动特性。结果表明,空化首先发生于叶片吸力面头部靠近前盖板处,随着空化余量的降低,空化面积及空泡体积分数不断增大,空化继续发展后,空泡会逐渐向叶片吸力面及叶轮出口扩散,从而降低泵的扬程;在一个旋转周期内,单个叶片上的空化状态呈现出由弱变强、再由强变弱的发展趋势;随着空化余量的降低,监测点处压力脉动幅值增加,蜗壳流道内压力脉动的主频为叶频,谐频为叶频的倍数,且蜗壳隔舌处的压力脉动幅值最大。