高速铣床主轴驱动透平叶栅设计与数值模拟

为使高精密数控铣床的主轴转速达到160000r/min,刀头切削力矩小于0.005N·m,针对驱动摆角铣头主轴的透平式气马达叶栅进行了气动力计算和平面造型设计,利用Fluent软件对其气动特性进行了数值模拟,并与理论计算对比验证模拟的正确性.研究叶栅气动特性随进气角、叶片数和叶高变化的规律,获得了使叶栅气动性能最佳的参数组合,即进气角为21°,叶片数为36,叶片高度为3.5mm时,叶栅的气动性能最佳。     

反推力装置叶栅布置的气动/结构耦合设计

为了对叶片布置方案进行改进,采用耦合设计方法对反推力装置的气动性能和结构性能进行预测.利用计算流体力学（CFD）方法模拟装置流场,完成叶片布置方案的气动性能评估;利用有限元分析（FEA）方法分析叶栅叶片的受力情况,完成叶片布置方案结构性能的数值模拟.研究了叶栅进气角和出气角对反推效率的影响以及不同叶栅通道数目和叶片加强梁数目对反推装置气动性能和结构性能的影响.研究结果表明,叶栅进气角对反推效率影响不大,减小叶栅出气角可以增大反推效率;减少叶栅通道的数目会造成反推效率的下降,但可以减少叶片数目;减少加强梁的数目会使反推效率提高,降低装置的重量,但会增加叶片的最大应力和最大变形值.     

发动机叶栅的实验研究和数值预测

在暂冲式跨音速平面透平叶栅风洞上对某叶栅进行了吹风试验。通过数值预估实验叶栅流场,提供了流场大体结构,设计了实验方案。为选择压力传感器量程和布置测点位置提供了依据。实验测量得到了设计安装角及变工况下叶片表面压力、叶片表面等熵马赫教及波系结构随叶栅进口气流角的变化,并对叶栅内部及出口流场进行了纹影照相。数值预测与试验结果相比较,在大部分情况下,吻合得很好,说明了计算程序的可靠性。反过来,试验结果又可用于检验和改进N.S方程计算程序。     

叶片周向弯曲角度对扩压叶栅气动性能的影响

为了改善扩压叶栅气动性能,采用拟压缩性方法对不同周向弯曲角度的正弯曲叶片压气机叶栅内三维粘性流场进行了数值模拟.结果表明,随着弯曲角度的增加,端部流动状况逐渐得到改善,叶栅中部流动损失逐渐增加.正弯20°时可基本控制端部扩压因子至0.6以下.叶片弯曲角度的选择应以能满足设定目标的最小角度为最佳,过大的角度将会导致动静叶间匹配困难和较大的吸力面尾缘回流区     

压气机弦向缝隙叶栅的气体动力学研究

就高负荷轴流式压气机弦向缝隙叶栅提出了确定弦向缝隙位置的数学模型 ,并给出了弦向缝隙叶栅流场计算的方法 ,作为分析这种叶栅气动性能的基础。风洞吹风试验表明了本模型的正确性及弦向缝隙叶栅对轴流式压气机气动性能的改善     

矿用2K60系列风机安全运行的模态分析试验研究

从分析叶轮机械叶栅尾缘的流场结构出发,提出了叶轮机械尾缘下游流场存在周期性气动激振力的观点,给出了确定气动激振力频率的方法。认为气动激振力是导致动叶片破坏的根源,应用模态分析试验方法,确定出了２Ｋ６０系列风机原动叶片的前６阶模态振型,找到了造成动叶片损坏的原因,针对上述原因,提出了解决问题的措施,并在生产现场得到了实际应用。情况表明,理论分析与试验结果相吻合。     

弯曲叶片降低能量损失的涡动力学机制

采用实验与数值模拟相结合的手段，从涡动力学的角度阐述了弯叶片降低能量损失的机理，研究了在不同攻角，不同出口马赫数，不同弯角条件下涡轮叶栅流场内主要旋涡的生成与发展，并通过与直叶栅的对比，研究了叶片弯曲对马蹄涡起始分离点位置及对通道涡位置强度的影响，从截面涡结构入手，分析了叶片弯曲这种边界条件的改变方式对通道涡稳定性的影响，通过分析在不同气动条件下通道涡对损失贡献的差异指出了在通道涡强度与尺度较大的叶栅，叶片弯曲不但会直接通过改变通道涡的强度，减少通道涡本身的损失来影响损失的大小，同时也会通过对通道涡位置的改变来影响损失的分布与大小。     

从扩压因子看叶片倾斜和弯曲对叶栅出口流场的改善

通过具有常规直叶片、正倾斜叶片和正弯曲叶片的三种扩压叶栅的扩压因子和出口轴向速度的分析，对比能量损失系数、叶栅壁面静压系数分布和叶片负荷的变化，讨论了正倾斜叶栅和正弯曲叶栅出口流场的改善情况，结果表明正倾斜和正弯曲叶栅根区流动情况大大改善，正弯曲叶栅气流流通能力提高，扩压因子降低且沿展向分布趋于均匀。     

叶轮机不均匀导向叶栅及其尾迹对转子叶片的激振研究

在轴流式压气机和涡轮中,不均匀导向叶栅及其尾迹将引起栅后流场速度和总压的周向畸变,并对其后的转子叶片产生周期性激振。本文分析了多种不均匀叶栅及其尾迹引起叶片振动的机理,并推导了计算叶栅尾迹、气体激振力以及叶片振动响应的计算方法。最后,对几种具体的不均匀叶栅进行了计算,并与相应的均匀叶栅进行了比较。结果表明:不均匀导流叶栅及其尾迹所引起的流场周向畸变,不仅使气体激振力频带变宽,而且还可能产生幅值很大的低阶倍频谐振力,并导致转子叶片疲劳破坏。     

轴流压气机转子新叶型设计与试验研究

为进一步发展高性能轴流式叶轮机械叶片定制技术,本文提出了一种适于跨音速范围应用的轴流压气机转子叶型数值优化设计方法。并应用该系统对进口马赫数０．９１８的转子叶栅进行了设计及气动性能分析,通过与国外设计的同类叶栅的设计结果及风洞实验结果进行比较,验证了本文所用方法的有效性及精度。对比研究表明：采用本方法设计的叶栅具有低损失,宽稳定工作范围等优点。该项技术有良好的工程应用前景     

风轮机的风能转换及空气动力学分析

基于流管概念,分析不考虑风轮机叶片旋转等因素时理想情况下风轮机的功率输出及最大风能利用系数．从角动量守恒的角度出发,分析考虑风轮机叶片旋转及由此产生的旋转尾波情况下水平轴风轮机的功率输出．借助于飞机机翼升力概念及叶片元理论,分析水平轴风轮机叶片元的空气动力,指出了风轮机叶片空气动力分析与飞机机翼空气动力分析的差异。     

风电机组Ⅱ区功率与叶片气动载荷协同控制

为了研究风力发电机组在低于额定功率时的最大风能捕获以及叶片的气动载荷,使得风力发电机组在整个生命周期内高效稳定地运行,提出了一种功率与载荷的协同控制方法,通过过渡区预变桨的方式控制风力发电机组功率与叶片气动载荷.采用所提出的功率与载荷协同控制策略在Matlab软件上搭建风力发电机组的仿真模型,计算得出了风力发电机组的功率和叶片气动载荷的数据,结果显示,协同控制策略能够在低于额定风速区域保持功率基本不变的情况下有效减小叶片的气动载荷,由此证明了所提出的协同控制策略的可行性.     

新型双风轮单转子风力发电装置特性测试

为了以更适用、更廉价的方式来提高风力发电装置的发电效率,在分析前后风轮发电功率的基础上,提出一种带齿轮结构的双风轮单转子风力发电装置,以实现风能的两级利用.车载实验结果表明:该种双风轮风力发电装置的发电功率、发电效率以及年发电量较同规格的单风轮发电装置均明显提高,其中该装置中的前轮三叶片后轮三叶片、前轮三叶片后轮四叶片及前轮三叶片后轮五叶片结构的发电效率相对于单风轮分别增加了40%、50%及38%,而年发电量则分别增加了38.06%、76.49%及73.06%,因而该装置更能高效率地利用风能.     

风力机叶片二元翼段静气动弹性机理

针对风力机叶片翼型静气动弹性的发散速度、载荷重新分布等问题,在线弹性范围内,基于气动弹性力学理论,推导出适用于风力机叶片二元翼段静气动弹性的基本方程.以攻角为输入量,压力为输出量,翼型的弹性扭角为系统的反馈量,建立了风力机叶片弹性翼型的气动弹性反馈模型.在危险风速工况下,对3种典型翼型的风力机叶片二元翼段进行了计算分析,得到了扭转刚度、刚心与气动中心距离对风力机叶片二元翼段的发散速度、附加扭角和升力分布的影响.研究了不同翼型对风力机叶片二元翼段附加扭角和升力分布的影响,结果表明,当扭转刚度较小时,附加扭角的增加在一定程度上提高了翼型的气动性能;当扭转刚度较大时,附加扭角增加较小,对翼型的气动性能影响较小.     

达里厄风力机恶劣工况下气动特性的数值模拟

以一台具有三个叶片的达里厄风力发电机为例,分析了不同相位叶片的受力特点;基于Fluent软件,采用雷诺时均N-S方程和k-ωSST模型,结合MRF旋转坐标系技术对垂直轴风力发电机进行了二维数值模拟,研究了该垂直轴风力机的风轮扭矩的周期性变化规律,确定了一个旋转周期内的恶劣工况。通过对恶劣工况下不同来流风速和转速时的瞬态数值模拟获得了其流场特征。研究表明:叶片之间的干扰和风轮的气流泄露将在不同程度上影响风力机的性能,并模拟计算了增加叶片后的扭矩变化规律。     

水平轴风力机叶轮流场的数值模拟

利用GAMB IT建模软件对某大型水平轴风力机进行了整机建模,采用计算流体力学软件FLUENT对风力机整机的流场进行了数值模拟,给出了水平轴风力机流场数值模拟的原理和一般性步骤,得到了风力机流场的压力分布、速度分布,以及叶片截面的流动分离情况等结果.对风力机流场的数值模拟和分析可为风力机叶片的设计、改型和研发工作提供一定的指导.     

基于ANSYS的风力机起动过程仿真

采用自行开发的软件对风力机叶片气动外形进行优化设计,得到叶片外型参数.将数据导入Pro/E,对叶片进行叶片三维实体建模.应用ANSYS有限元软件,对风力机起动过程中叶片的应力分布进行研究,得到风力机叶片在不同起动时间下、不同额定转速下的应力随时间的变化关系.研究表明:叶片上应力增加的速度随起动时间、额定转速的增大而增大,但叶片上的应力的最大值不变.     

马格纳斯力驱动的轮轨式风力发电机研究

首先比较了传统的水平轴和新型的垂直轴风力机应用的优劣势,基于有旋圆柱绕流中涉及的库塔——儒可夫斯基定理,将马格纳斯效应力推广应用于垂直轴风力机柱状叶片的设计之中,提出了一种轮轨式垂直轴柱状叶片风力机的设计思想,并建立了柱状叶片风力机的数学模型,分析了这种新型风力机的工作原理. 初探如何合理运用现代工业形势下的新技术,改善风力机存在的问题,突破传统思考方式以及技术实现方式,进一步提高这种风力机的效率和性能.     

大型水轮机转轮的计算机辅助制造技术

转轮是由一系列叶片和回转特征的零件组成。叶片是大型水轮机中最关键和最难制造的部件之一。为了高效制造这类叶片和有效地控制制造成本,研究开发出了一系列的计算机辅助叶片制造技术,包括：基于水轮机叶片制造要求的数字化设计、通过三维数字化测量的计算机辅助定位及误差评估、提高数控加工效率并能有效控制加工误差的刀位轨迹计算策略、通过建立虚拟数控加工叶片的仿真环境来验证数控加工的刀位轨迹和加工过程、以及切实可行并系统化的大型叶片五轴联动数控加工工艺。研究开发的数字化制造技术已成功用于大型轴流式和混流式水轮机叶片制造中,实际表明既可提高加工效率又能获得更好的叶片曲面加工精度。     

风力机叶片裂纹特征的小波尺度谱识别

为了在强大噪声干扰下提取风力机叶片的早期裂纹特征,识别不同种类的裂纹,通过搭建声发射设备检测风力机叶片复合材料块实验平台,采集扩展裂纹与萌生裂纹的声发射信号,并借助小波尺度谱优越的时频分析性能来有效提取裂纹信号的特征,以区别扩展裂纹和萌生裂纹.实验结果表明,小波尺度谱能有效提取非线性、非平稳信号中的故障特征,优于小波分析方法.通过实验研究,得到了识别扩展裂纹和萌生裂纹的判据,建立了基于声发射和小波尺度谱的风力机叶片裂纹识别新方法.