小流量工况汽轮机末级流动不稳定数值研究

针对汽轮机低压末级在小负荷工况下出现的流动不稳定现象,进行了非定常数值模拟研究和分析。对末三级叶片耦合排气缸进行建模,其中末级采用整圈形式,对17%设计质量流量工况进行非定常计算,小流量工况下汽轮机末级表现出类似于压气机旋转失速的现象,对流场监控数据进行周向模态分解及相关分析,确定了扰动的数目为30个,其周向传播速度约为转子转速的56%。最后,结合内部流动特征对非稳定现象的形成机理进行了探讨,小流量下由于径向流动阻塞了通道,并在叶顶间隙射流的作用下形成了通道内的周期性高压区,而前缘溢流和叶顶间隙射流耦合作用促成了叶顶进口附近周期性低压区的形成。     

跨声速压气机转子非定常流场的DMD模态分析

采用动力模态分解(DMD)方法对跨声速轴流式压气机转子叶尖区域的复杂流场进行分析。通过DMD分解技术捕获转子叶尖流场的动力学信息和对应的流动结构,选取小质量流量工况下的非定常计算结果为基础数据,得到该工况下99%叶高平面上流线方向速度、径向速度的DMD模态云图以及特征频率,评估了DMD方法分析跨声速压气机叶尖非定常流动特征的能力。结果表明:DMD方法能捕捉到转子叶尖非定常流场的特征频率,第二阶DMD模态的频率与转子叶尖区域小质量流量工况下的振荡频率相等,其他较高的几阶模态频率正好是振荡频率的倍频;提取的前四阶DMD模态中,第一阶模态与均匀流场较为相似;流场振荡主要由低阶模态引起,高阶模态只是流场信息的补充;在一个波动周期内,叶尖区域流场存在正负速度的交替变化过程。     

管道空腔流动被动控制方法的实验研究

采用高频响粒子图像测速技术,对长深比为5的管道空腔流场进行实验研究。同时在空腔前缘安置三种不同形状和具有相同扰动速度（34 m/s）的扰流体（圆柱形、锯齿形和矩形）对空腔流动进行被动控制。实验结果表明,圆柱扰流体能够增大剪切层厚度,并且可减小剪切层速度脉动和涡量值。矩形和锯齿形扰流体明显地将剪切层向主流区抬起,导致剪切层与空腔后缘未发生正面碰撞。     

带进汽腔体的整圈斜置静叶的数值研究

基于某超超临界机组的汽轮机中压缸数据,对带进汽腔体的整圈斜置静叶进行了数值模拟.通过对进口流动角度的分布、不同周向位置叶片的表面压力分布、相对应的速度矢量图和压力云图以及斜置静叶下游流动参数的分析,研究了进汽腔体所带来的周向不对称性对下游叶片流动的影响,以及上游的周向不均匀性经过斜置静叶后的变化.结果表明:进汽腔周向进气的不对称性使周向进气角有偏差,导致冲角沿周向产生较大波动;气流经静叶之后,周向不均匀性会减弱.在设计第一级静叶时,应选择对来流进气角度不敏感的翼型.     

气流影响下的插入管消声器声学特性的实验研究

在管内气流流速10 m/s-100 m/s范围内,对长径比L/D=3.98的插入管型抗性消声器内部和外部声学特性进行了实验研究。探讨了气流流速大小和消声器结构参数的变化对插入管消声器声学特性的影响,并结合腔内气流涡模态,腔体声学模态和尾管声学模态对插入管消声器的声学特性机理进行了分析。实验及理论分析表明,气流流速对消声器内外声学特性均有明显的影响。气流影响下的插入管消声器声学特性与消声器腔体的声学模态和尾管的声学模态关系密切,而消声器腔内气流再生噪声的涡模态对其声学特性影响不大。     

周向弯曲方向对弯掠叶片小流量工况下气动-声学性能的影响

对周向弯曲低压轴流风扇的气动-声学性能进行了数值模拟和试验验证,讨论了不同流量和不同周向弯曲方向对叶栅做功能力、稳定工作范围和叶顶泄漏声源特性的影响规律.结果表明:随着流量减小,周向弯曲使叶栅叶顶区域栅的气流轴向做功能力增强,周向做功能力减弱,叶片负荷减小,周向后弯的效果最明显;周向前弯曲改善了端壁附近的流动状况,是拓宽叶轮的稳定工作范围的重要因素;周向弯曲可增加叶顶泄漏涡的稳定性,减弱叶顶泄漏涡区的Powell声源强度,周向前弯效果最好.叶顶泄漏声源特性随流量变化的规律与宏观声学表现一致.     

电子器件散热串联轴流风扇短管降噪试验

对两台电子器件散热轴流风扇采用不同方式串联时的气动噪声特性开展试验研究。首先利用风扇等高平面内环形布置的传声器阵列对单风扇和串联风扇的远场噪声进行测量,发现串联风扇相比单风扇具有更高的宽频噪声和更复杂的单音噪声特性。然后对比加装方框、蜂窝和短管中间连接件的串联风扇在不同转速下的噪声声压级指向性分布,发现短管连接件对串联风扇的单音和宽频噪声均具有良好的降噪效果,其中设计转速下单音相比方框连接的串联风扇下降1.2dB(A),宽频下降0.5dB(A)。最后,提出串联风扇的两段短管降噪方法并验证了其在多转速运行工况下的降噪效果。论文对串联电子器件散热风扇气动噪声的研究可为工程应用中的降噪措施提供参考。     

基于稀疏分解理论的航空发动机轴承故障诊断

航空发动机轴承在高温、高压、高转速等恶劣条件下运行,机动工况较多,因而故障模式复杂,背景噪声强烈,难以及时有效地诊断。针对上述问题,提出基于稀疏分解的逐级匹配形态分析(Stagewise matching morphological component analysis,SMMCA)方法。稀疏分解是一种在超完备字典上对信号进行分解,并通过优化重构算法求解信号最稀疏表达的信号处理方法。逐级匹配形态分析基于稀疏分解理论,根据信号组成成分的差异,分别构造相应成分的稀疏字典,然后通过交替投影理论和逐级正交匹配追踪算法(Stagewise orthogonal matching pursuit,St OMP)对各组成成分进行优化重构,从而实现各成分的降噪和分离,准确快速地捕获信号中的特征信息。将提出的基于稀疏分解的逐级匹配形态分析方法应用于航空发动机轴承故障诊断,仿真和试验对比分析验证了该算法的有效性。     

PDA和PIV在旋转叶轮测量中的周向定位

分析讨论了PDA和PIV测量系统在旋转叶轮测量中的周向定位的方法，为PDA和PIV更好地应用于旋转叶轮内部流场的测量提出了建议。     

PDA技术应用在风机动叶流场测量中的几个问题

介绍了激光相位多普勒测速（PDA）技术在轴流风机动叶内部流场测量中的应用，对于影响测量精度和效率的几个关键问题，如测量窗口的形式的选择、散射粒子的选择、散射粒子加入方式的选择、测量盲区的克服、流动噪音的处理等，进行了分析讨论。结合实践经验提出了一些切实可行的解决办法并得到了较好的测量结果。