气体涡轮流量计流道压力损失的数值模拟

采用计算流体力学(CFD)的方法对一口径为80mm的气体涡轮流量计进行工况条件的数值模拟研究.通过计算,分析了流量计在不同流量下,各部件包括前整流器、前导流器、机芯壳体、叶轮支座、叶轮和后导流器对压力损失的影响,给出了各部件的流量与压力损失的关系曲线及其压力损失比例.数值模拟结果与实验结果相符,进而从流道内的压力分布和流场分析压力损失原因并提出减少压力损失的改进思路.     

涡轮流量传感器测量水平气液两相流的实验研究

在气液两相流实验装置上,对3台具有不同导程叶轮的涡轮流量传感器测量水平气液两相泡状流的特性进行了实验研究.发现随着体积含气率的变化,3台传感器的流量特性曲线、仪表系数迁移量、重复性误差均会发生明显变化.具有较小导程叶轮的传感器,其性能优于其它两台传感器.对造成涡轮流量传感器测量特性改变与误差的原因进行了分析讨论,并对体积含气率变化影响涡轮流量传感器特性的物理机理进行了分析.     

气体涡轮流量计流场仿真及计量误差分析

利用控制体积法的SIMPLEC算法对气体涡轮流量计的内流场进行了数值模拟,给出了内流场信息,分析了内部几何结构对压力和速度分布的影响,及其与流量系数的关系.结果表明在湍流状态时的仪表系数K为常数,累计流量和瞬时流量的误差较小;而在层流以及转捩状态时,仪表系数总是在变化,累计流量和瞬时流量的误差较大.建议通过结构优化,促使层流向湍流状态的快速转捩,并保证叶轮动平衡,从而加大涡轮流量计的量程范围.该研究结果对涡轮流量计的结构优化设计具有一定的指导意义.     

涡轮流量传感器油耗测量及流阻特性实验分析

发动机油耗测量采用涡轮流量传感器切断油管安装测量,通过液体流动带动叶轮旋转的速度大小反映流体流速。由于某些部位的燃油管路直径小,催动叶轮转动会减小供油压力,影响发动机供油速率,严重时会阻滞发动机油管造成飞行质量事故。该文首先引入计算双转子燃油流量的关键参数K因子,并结合上下游转子频率和流量之间的关系,得出涡轮流量传感器油耗测量原理及其流阻特性计算方法;再以其研究结果为基础,搭建流阻特性实验测试平台,合理设计不同流量给定值的实验点,并分析燃油管道转接点前后压力值、实际管道压差以及实际流量响应曲线,得到影响流阻系数各因素之间的作用规律,为加装在小口径燃油管路的流量传感器选择提供指导。     

叶轮顶隙影响液体涡轮流量计性能的CFD仿真研究

涡轮流量计性能会随着被测流体粘度的增大而变差,为了降低介质粘度对涡轮性能的影响,采用计算流体力学(CFD)仿真的方法,通过适当地增大顶端间隙,实现了对涡轮流量计参数的定量优化,并从叶轮尾部流场、叶片表面压力场及叶轮受力情况等方面分析了不同的叶轮顶端间隙对叶轮性能产生影响的机理。     

涡轮增压器压气叶轮爆裂转速数值分析与试验研究

随着内燃机不断向高效率、大功率、智能化方向发展,其核心部件涡轮增压器逐渐向高压比、高转速、大流量方向迈进。由于涡轮增压器压气叶轮的转速非常高,压气叶轮爆裂尤其是产生非包容性碎片时会对内燃机运行安全造成严重危害,甚至造成人员伤亡,因此研究涡轮增压器的包容性尤为重要。基于有限元法,针对涡轮增压器包容性(压气叶轮的爆裂转速和弱化方式),分别运用线弹性材料模型及双线性等向强化弹塑性材料模型模拟了涡轮增压器压气叶轮在离心载荷作用下的爆裂转速,并对完整压气叶轮及2种弱化处理的压气叶轮进行了包容性试验。结果表明:运用双线性等向强化弹塑性材料模型计算得到的压气叶轮爆裂转速与试验值约相差2%,而运用常规线弹性材料模型计算得到的压气叶轮爆裂转速与试验值约相差16%,偏保守。同时,2种弱化处理的压气叶轮均在预定转速下爆裂,验证了弱化方式的合理性与准确性;通过控制开槽的尺寸即可实现压气叶轮在预定转速下爆裂。研究结果为后续涡轮增压器压气叶轮包容性分析奠定了基础。     

涡轮流量计内部流场数值模拟研究

利用数值仿真技术对涡轮流量计内部流场进行了研究,目的是为优化涡轮流量计的结构设计提供指导。利用叶轮转速与平均力矩系数存在线性关系,提出两点法确定叶轮在力矩达到平衡状态下的转速。数值分析结果表明,前导流件叶片后形成的尾流影响叶轮人口的流体速度分布,继而影响叶轮的旋转稳定性;叶轮叶片压力面上靠近叶片前缘以及吸力面上靠近尾缘处存在压力突变区,易产生脱流现象;叶轮轮毂前后间隙区内流体受叶轮旋转影响而易产生漩涡流和明显的切向速度分量。     

气体涡轮流量计在安装使用中易忽视的问题

正一、安装前的运输周转管理根据JJG1037-2008《涡轮流量计检定规程》的规定,上线流量计必须在计量检定部门检定合格后方可使用。检定合格的流量计应把气体涡轮流量计的进出口堵上(或封上),上线安装前再打开,防止灰尘颗粒异物进入表内,影响流量计的运行和准确度。同时,在运输周转中,不能对流量计的表头,以及流量传感器、温度传感器和压力传感器的传输线拉拽或受力冲击,防止发生信号传输问题。     

分段线性化在涡轮流量计校准工作中的应用

根据涡轮流量传感器f-Qv非线性曲线特点,采用分段线性化的方法,处理涡轮流量传感器f-Qv拟合曲线,预期达到如下目的:①提高涡轮流量传感器测量准确度。②扩展涡轮流量传感器在相同精度下的使用范围,减少因校验不合格,使涡轮流量传感器报废而造成的浪费。③这种分段线性化处理方法,可以推广到其它领域的各种非线性传感器线性化处理过程,扩展其测量范围,提高其测量精度。     

运行参数与轴流泵流体激励力的关系

泵内非定常压力脉动会引发泵体的结构振动,运行工况的变化会改变泵内流场的流动状态,从而对泵的振动特性产生影响。通过流体力学计算软件FLUENT对某台立式轴流泵内流场进行仿真计算,分别改变泵运行速度和流量两项参数,得出转速改变后,叶轮受到的力会偏离了相似理论的计算值;工作在小流量时,泵内压力脉动与叶轮受力均大于大流量工况,且叶轮区域出现流动分离现象,不利于振动噪声的控制。     

液力透平蜗壳内非定常压力脉动的研究

液力透平内部流场的非定常压力脉动是影响机组运行稳定性的关键因素之一,为了研究液力透平蜗壳内部的压力脉动,采用流场分析软件对一单级液力透平内部流场进行了三维定常和非定常数值模拟,对蜗壳流道内不同周向位置、径向位置和不同流量时的压力脉动进行了时域和频域分析。结果表明:在一个叶轮旋转周期内蜗壳内压力的脉动数量等于叶片数;蜗壳入口位置和割舍位置处压力脉动较小,蜗壳环形部分中部和割舍前端位置处压力脉动较大;蜗壳内压力脉动的主频和次主频分别为叶频和2倍叶频;液力透平蜗壳内部的压力脉动程度在小流量下较小,随着流量的增加,压力脉动程度逐渐增加,大流量时最为剧烈。为了验证数值计算的准确性,建设了开式液力透平试验台,制造了模型样机对液力透平进行了外特性试验和非定常压力脉动测量,验证了数值计算的准确性。     

氦低温透平膨胀机的设计和内部流动特性研究

为验证氦低温膨胀机叶片设计的有效性,利用了NUMECA和CFX软件对设计透平流道进行设计工况下的数值模拟计算及分析,其中分别对工作轮流道、喷嘴流道和整体流道进行计算分析,获得了较好的温度场、压力场、相对速度场分布和较高的等熵效率,结果表明了数值计算结果是可信的,叶型设计是合理的。     

空分设备配套汽轮机叶轮结垢原因及处理

由于蒸汽中二氧化硅含量超标,造成空分设备配套汽轮机叶轮和流通部件结垢,导致汽轮机负荷下降,影响空分设备的正常运行。采用低压饱和湿蒸汽蒸煮的方法清除垢物,使汽轮机的负荷恢复正常。介绍汽轮机叶轮和通流部件结垢时的参数变化情况和结垢原因的分析过程,阐述蒸煮方法的实施步骤和预防措施。     

对旋式轴流泵全流道三维非定常紊流场的数值模拟

基于非定常不可压牛顿流体的控制方程和标准e-k紊流模型,应用SIMPLEC算法,数值模拟了对旋式轴流泵联立全流道在一个完整的转动周期内的三维紊流流场。通过给出全流道中间周向截面的压力与速度等值线图,以及中间干涉面的压力等值线及分布云图,直观地显示了一个转动周期内前置叶轮、后置叶轮及全流道的流场特性变化和干涉情况,表明联立全流道非定常三维紊流场的数值模拟方法是人们认识对旋流场流动与干涉机理经济实用的理论手段。     

侧壁式压水室离心泵小流量非稳态旋转失速特性

用数值计算方法研究具有特殊结构的侧壁式压水室离心泵,分析小流量工况时模型泵的非稳态旋转失速特性,用快速傅里叶变换(FFT)获得压力脉动信号的频谱特征。结果表明,小流量工况时模型泵的扬程曲线呈驼峰状,压水室不同位置处压力分布不均;受叶轮旋转产生的非稳态作用影响,叶轮不同叶片流道内流动结构差异较大。不同流量下,叶轮内部分离涡结构诱发的激励频率各异,0.4ФN工况时模型泵压力脉动频谱图出现0.5fR及高次谐波频率,压力脉动最大幅值出现于4fR频率处;0.2ФN流量时非定常流动结构会诱发0.18fR及高次谐波频率;0.05ФN流量时压力脉动频谱图同时出现0.1fR、0.28fR两种激励频率。旋转失速现象出现时,频谱图中叶频处压力脉动幅值不再起主导作用。     

叶轮对汽轮机叶片振动特性的影响分析

汽轮机叶片振动特性是影响汽轮机安全性的关键因素之一。本文以某型叶片为研究对象,建立三维叶片有限元模型,在考虑叶片预应力条件下,分别讨论叶轮及工作转速对叶片振动特性的影响,并进行了相关的对比分析。通过叶片振动频率变化,分析工作转速及叶轮对叶片振动影响的主要阶次范围,为叶片有限元分析设计提供参考意见。     

Development of a centrifugal blood pump with magnetically suspended impeller and the related fluid mechanical problems

This paper deals with fluid mechanical problems encountered in eight years of developmental studies on a centrifugal blood pump with magnetically suspended impeller. The main results of the investigation are as follows. The impeller disk friction is dominant among all the power losses; the magnetically suspended impeller with radial straight vanes is the most stable. Motor current depends on blood viscosity and flow rate. Consequently, the flow rate and pressure difference can be estimated by self-sensing without any need for flowmeter and pressure transducers.     

泵内压降和水力损失耦合诱导泵内液氮空化研究

为了研究泵内压降和水力损失耦合诱导泵内液氮空化,采用Zwart空化模型和RNG k-ε湍流模型,并使用CEL语言将饱和蒸气压随温度变化函数关系式导入CFX软件中进行求解,对不同流量下低温泵的空化特性曲线进行分析。研究结果表明,低温泵内压力、温度和空泡体积分数分布与空化的发展程度有关,由于水力损失的作用,小流量工况下,泵内会出现涡状流,从而对叶轮内空化产生影响。     

A numerical study of incompressible Navier-Stokes flow through rectilinear and radial cascade of turbine blades

A numerical study is conducted to analyse the two-dimensional incompressible Navier-Stokes flows through the rectilinear and radial cascade of turbine blades. The flows are turbulent and their characteristics are relevant to those of the hydraulic turbines. For the rectilinear cascade, calculations have been made for a NACA 80 series turbine blade with various angles of attack. The outflow turning angle, force coefficients and static pressure distribution have been compared between the prediction and measurement with satisfactory agreements being obtained. The implications of flow turning angles on the total pressure loss are also discussed. The effects of grid distribution on the numerical predictions are also observed.     

Turbulente Wirbelströmung und dynamische Druckschwankungen in Seitenkanalmaschinen

Regenerative blowers with high pressure coefficients have high dissipation losses in the side channel and on the breaker. These losses can be in the same magnitude as the polytropic specific head. The cause of the high specific dissipation energy is the turbulent vortex flow in the side channel, which is released by the high numbers of blades and restrict the polytropic efficiency by η=0.46 to 0.50. The enforced turbulent vortex-flow is the reason for the high head coefficients of regenerative blowers. In the side channel, pressure pulsations occur with pressure amplitudes of high frequency up to 40 kHz. These dynamic pressure oscillations are the result of the turbulent vortexflow. They are indicated from the edge of the impeller blades and the impeller flow in the side channel. For instance, for one rotation of the impeller t=0.02 s and the time between two blades t=0.35 ms. The analysis of the dynamic pressure shows a distribution of the amplitudes over a wide area up to 10 kHz and higher. The dominant amplitudes are the amplitude of blade rotation frequency. The foreced turbulent votex-flow causes a high turbulent vortex-viscosity in the flow and releases a pulse-flow transportation in the side channel. This is the reason for the energy transfer and the increase of the specific dissipation energy in the side channel. With knowledge of the specific pulse-flow transportation of the turbulent vortex-flow the connection to the total transmitted enthalpy can be explained.