高压压气机动叶叶尖间隙流动数值仿真研究

运用NUMECA CFD对某高压压气机12级动叶尖部间隙流场进行数值仿真,并与无间隙条件下的流动情况进行对比、分析,详细揭示了动叶叶尖间隙区域的流动特征.结果表明无叶尖间隙时压气机并不能获得最优的性能参数;叶尖间隙的存在使得在动叶尖部形成表现为多种复杂涡结构的泄漏流;叶尖问隙在较小范围变化时,压气机的性能参数变化显著,在最佳间隙0.135mm时压气机获得较高增压比和等熵效率,但当叶尖间隙超过临界值继续增大,压气机性能急剧下降.     

某离心压气机转子叶尖流场测试及可视化分析

对壁面动态压力传感器阵列测试技术进行了研究,并将该技术应用于某离心压气机转子叶尖的动态流场测试中,获取了大量的动态流场测试数据。采用锁相技术和线性插值方法对测试数据进行了处理和分析,并采用数据可视化技术将动态数据转化成压力分布云图,从云图中可以清楚看出离心压气机不同工作状态下转子叶尖的压力变化,有助于分析转子叶尖处泄漏流、前缘溢流以及泄漏流和分流叶片前缘的相互作用。转子叶尖流场测试及可视化分析结果可以为压气机性能验证和数值模拟方法的修正提供重要的技术支撑。     

小型轴流风扇内外部流场的数值研究

小型轴流风扇的性能及降噪研究建立在流场研究的基础之上。通过对风扇VD8025的Fluent数值模拟,展开了其内外部流场的分析研究,结论如下：在叶片吸力面（非工作面）侧存在主要由边界层分离引起的分离涡,在叶片压力面（工作面）侧顶部间隙存在二次流引起的叶顶间隙涡,沿轴向存在有限叶高诱导双旋涡。对风扇内部流场的速度分布进行了定量分析,分析的结果说明了上述旋涡等流动情况的存在。由风扇出口管道速度分布的定量分析可得,对于所研究的风扇,距离风扇出口120 mm处为排风最佳位置。     

轴流压气机转子叶顶间隙流动结构及机理研究

研究某轴流压气机叶顶复杂流动问题,为深入了解压气机叶顶泄漏流流动机制和引发失速的机理,对一亚音速轴流压气机进行全工况数值仿真与试验测量。提出通过对比试验数据和分析泄漏流的流动特性,随着压气机负荷的提高,泄漏流方向的改变引起叶顶堵塞区增大,并诱发压气机失速。采用不同工况下叶顶流场进行仿真对比分析。仿真结果表明,泄漏流与主流相互作用形成泄漏涡,距前缘40%弦长范围内泄漏流影响泄漏涡形态变化,其余部分泄漏流主要通过周向输运低能流体进一步堵塞通道;叶顶压力分布是决定泄漏流方向的主要因素。     

叶顶间隙对离心泵性能影响的数值模拟研究

离心泵的几何结构复杂,所以其内部流场也极其复杂并呈强烈的三维紊流特性,由于目前的理论水甲和实验手段的限制,只能依靠精确的计算机仿真,才能获得其内部流场的详细情况,以便进行设计和优化.为了研究叶顶间隙对叶轮内部流场及性能的影响,对闭式离心泵叶轮和有间隙的半开式离心泵叶轮共同进行了计算机仿真.在所得计算结果基础上详细对比分析了离心泵内部流场的特性,捕捉到了叶轮通道内部的二次流现象.结果表明:随着叶顶间隙增大,叶顶问隙泄漏流动会使叶轮性能下降,二次流强度增加.从而说明计算机数值模拟方法,可以弥补实验方法的不足,用来研究叶顶间隙流动的影响,为离心泵的水力设计和优化提供依据.     

槽深对跨音速压气机稳定性影响的数值仿真

为了研究不同槽深下的周向槽对压气机稳定性的影响,由于带槽结构下的转子37失速类型仍是叶尖失速,但是带周向槽结构的主要失速因素是叶尖间隙的泄漏涡,且不同轴向位置的周向槽所造成的损失也是不同的。为解决上述问题,利用NUMECA软件和系统的数值模型对某跨音速压气机进行了数值仿真,对三类带周向槽结构的计算结果进行了分析,结果表明,设计中讨论最佳槽深应先给定效率损失要求,并且应以研究最佳槽位置的选择为主。对压气机周向槽处理机匣的设计,不一定要设计涉及整个叶片的处理机匣。对于跨音速压气机在叶尖泄漏涡严重的位置优化设计,可提高压气机稳定性能。     

短叶片长度对固液离心泵内流场影响的模拟研究

为了研究短叶片长度对长短叶片离心泵叶轮内固液两相流场的影响,应用CFD软件对5种不同短叶片长度的离心泵中的固液两相流场进行数值模拟,分析并对比5种离心泵中压力及固相体积浓度变化规律.结果显示:5种离心泵中的压力沿着半径增大方向呈增大趋势;且相同半径处,工作面压力总是大于吸力面;在一定程度上减小短叶片长度,压力分布更均匀,颗粒浓度的变化曲线更平缓,同时叶轮中固相颗粒的高浓度区域大大减小,从而能够减弱各种不稳定因素的影响,保持良好的流动状态,提高离心泵的水力性能和抗磨损性能.所得结论为离心泵的改良和设计提供非常有价值的理论基础.     

跨音级轴流压气机转子轮毂非轴对称造型研究

关于优化提高压气机效能问题,由于压气机通道的二次流流动会造成流动损失,引起效率下降.为了解决上述问题,通过改变轮毂端壁结构,可以控制二次流流动,以提高压气机效率.采用人工神经网络及遗传算法的叶轮机械三维优化建模方法,使在最高效率工况下可以保持流量不变,压比不低于优化前.对压气机转子轮毂结构进行了优化,得到新型非轴对称端壁结构,并进行仿真.结果表明,降低了转子通道内的相对总压损失,抑制了下游静叶角区分离,可使压气机提高效率,并能有效控制端壁附近的流动损失,提高压气机效率.     

雷诺数对高负荷低速涡轮性能影响的试验研究

为了研究雷诺数对高负荷低压低速涡轮性能的影响规律,以某双级高负荷低压低速涡轮为研究对象,在涡轮部件试验器上开展了变雷诺数试验研究。控制其他相似参数保持一致,通过来流节流、出口引射的方式改变涡轮内雷诺数水平。共采集了6个雷诺数状态下的气动参数,分析了雷诺数对涡轮总特性及测量截面流场参数的变化规律。结果表明,该涡轮效率随着雷诺数的降低而显著降低,研究雷诺数范围内,效率降低了2.8%;在低雷诺数下,第二级导叶通道涡、尾缘涡等涡系尺度及强度均发展壮大,气动损失增加;第二级动叶轮周功减小,做功能力损失6.3%。     

二维水翼超空化状态下流体动力特性数值仿真

基于均匀多相流假设,建立了二维水翼自然超空化流动的多相流CFD模型。运用Navier—Stokes方程加k-ε两方程湍流模型对NACA0012水翼的超空化流动进行了数值仿真。分别研究了固定空化数和固定攻角时,超空化状态下水翼的流体动力参数的特性和空泡形态的变化。仿真结果表明：水翼表面流体动力系数随来流攻角和空化数的增大而增大,压力中心沿弦向和展向的位置随着攻角变化,空泡尺寸随空化数的增大而减小,整个流场的流动可分为两个区域,前部对应附着空泡区,后部对应汽液两相流动区,并改进了性能,对速度梯度有较大的改善。