基于不完全敏感性方法的低比转速离心叶轮优化研究

针对传统离心叶轮优化设计方法的不足,提出基于不完全敏感性方法的低比转速离心叶轮的优化方法。该优化方法在求设计目标函数对流道形状控制变量的梯度时,忽略流道形状的变化对流场状态变量的影响,因此在一次优化循环中,只需要进行一次流场计算,避免应用有限差分方法中计算一次梯度矢量时需要多次计算流场,也避免在伴随方法中复杂的伴随方程的推导及求解,计算量大大减少。以低比转速离心叶轮作为研究对象,采用泰勒展开法参数化控制二维叶片形状,将泰勒多项式中的系数视为控制变量,选取作用在叶片上的转矩作为优化目标函数。应用不完全敏感性方法易于计算目标函数对控制变量的梯度,沿梯度矢量的反方向不断更新叶片形状来逐步寻优,最终找到目标函数值最小时的最优设计,算例计算结果表明,提出的不完全敏感性方法应用于低比转速离心叶轮优化是可行的。     

基于内流场的能量回收透平的结构优化

基于叶片式水力机械工作原理,设计出一种卧式双流道混流式水力透平机。为了对其结构进行优化,保证性能,使水能回收效率最大化,基于Navier—Stokes方程和标准的κ-ε双方程紊流模型,采用贴体坐标、非结构化四面体网格和SIMPLEC算法,对无导叶和有导叶的透平机在清水介质下的内部流场进行三维湍流数值模拟计算。研究结果表明：有导叶的水力透平机转轮叶片进口处速度环量、压力分布、叶片上的速度与压力分布以及吸出管内的流动状态都要优于无导叶的水力透平机,从而增加了转轮的能量转换指数。模拟结果为进一步研究能量回收透平机的结构提供了理论依据和实际应用参考。     

风力透平诱导速度的应用评价

文章归纳了不同叶片气动设计理论中的诱导速度处理形式,评价了诱导速度的求解过程与应用前景。结果显示,现有叶片设计方法中的诱导速度处理方式单一,采用基于粘性流的计算流体力学（CFD）理论与自由涡理论是提升风力机叶片优化设计的主要策略。     

双流道转轮水力透平机的全流道数值模拟

依据给定的参数,对水力透平机进行模型设计。采用FLUENT软件对所设计的水力透平机进行了全流道三维定常湍流数值模拟,计算以雷诺时均N-S方程为基础,基于贴体坐标和交错网格划分,对控制方程进行变换和离散。采用SIMPLEC算法实现速度、压力变量的分离求解。定常湍流计算采用了标准k-ε湍流模型。模拟计算获得了水力透平各过流部件内部的流动机理,该数值计算方法和结果对水力透平机的水力优化设计具有重要意义。     

前后风力机尾流干扰实验分析及混合尾流模型验证

为研究两台水平轴风力机在不同排布下尾流的相互影响,开展两台风力机串联和错列工况下的尾流速度风洞测量实验。实验结果表明：对相同来流情况,风力机不同排布下混合尾流的尾流膨胀速率相同;串联风力机的轴向间距小于6倍风轮直径时,其混合尾流比单台风力机尾流恢复快。另外,对已有尾流模型的叠加方法（速度亏损平方和法）进行了验证。结果显示基于Park-polynomial模型和Park-Gauss模型得到的叠加尾流在距下游风力机3.5倍风轮直径的截面与测量值吻合良好。之后的截面高估了尾流的速度亏损。该研究为发展更准确的尾迹模型提供了风洞测量数据,对风电场内风力机排布优化有一定的工程意义。     

大流量高扬程部分流泵的研制

结合工程实际需求，从结构设计、水力设计、多方案试验对比等方面研究了大流量、高扬程部分流泵的设计方法和主要参数的确定方法，并通过试验对各方案进行了比较，分析了对其性能的影响因素。     

螺旋离心泵内部流场的数值模拟

以螺旋离心泵为研究对象，选用标准κ—ε模型，采用CFD软件Fluent计算了该泵的三维内部流场。通过对该泵内部流动速度、压力分布与捕捉到的流动冲击、二次流、回流等重要现象的分析，给该泵的性能改善与改进提供可靠的信息。通过分析，提出了在设计螺旋离心泵时的一些改进措施。     

风力机风轮设计中计算风速影响的两种新形式

根据指数律的风速分布函数，在两种坐标系中采用不同的数学处理形式，对风轮扫掠面积上的风功率做精确计算，并与以风轮中心风速为设计风速产生的风功率做对比。定量分析结果证实采用风轮中心处的风速做为单一的设计风速具有很好的合理性，非均匀的风速切面对于风力机的气动设计基本无影响。     

风力机风轮设计中计算风速影响的两种新形式

根据指数律的风速分布函数,在两种坐标系中采用不同的数学处理形式,对风轮扫掠面积上的风功率做精确计算,并与以风轮中心风速为设计风速产生的风功率做对比。定量分析结果证实采用风轮中心处的风速做为单一的设计风速具有很好的合理性,非均匀的风速切面对于风力机的气动设计基本无影响。