后置导叶翼型斜流叶轮进口流场的实验研究

对不同来流条件的后置导叶翼型斜流风机，在不同叶顶间隙情况下的进口流场进行了实验研究。结果表明由进口调节门和预旋装置造成的周期性非均匀来流条件，是影响叶轮进口三维速度和压力损失分布的主要因素。尽可能保持较小的顶端间隙，以改善进口流场结构和降低压力损失有利。     

离心压缩机进口导叶流场的数值模拟

使用NUMECA计算软件,针对一个带有径向进气吸气室及可调进口导叶的离心压缩机级,在几个不同的进口导叶开度下,对压缩机级内部的三维粘性可压缩定常流动进行了非轴对称条件下的全通道数值模拟,并将计算所得到的在导叶全开状态下的级性能与该压缩机已有的级性能实验结果相比较,证实了数值模拟结果满足工程分析的精度要求.然后给该压缩机级更换了一种新的可调进口导叶,在完全相同的条件下对该压缩机级再次进行数值模拟,并分析了导叶更换对压缩机级性能产生的影响.最后,在进口导叶与叶轮之间选择了5种不同的轴向距离,在轴向进气及流动轴对称的简化条件下对该压缩机级分别进行了单通道数值模拟,对进口导叶与叶轮之间的最佳距离进行了初步探讨.数值模拟结果表明,用新导叶取代原导叶对级性能影响不大,主要原因是更换导叶并没有改变导叶产生预旋的作用,增大导叶的预旋作用可能是离心压缩机在变工况调节运行中实现节能的更有效途径.另外,原导叶与叶轮之间只有0.2倍导叶弦长的距离,从安全可靠性和气动性能等方面综合考虑,建议该距离加大到1.5倍导叶弦长更为合适.     

带有前置导叶离心泵空化性能的试验及数值模拟

为分析前置导叶对离心泵空化性能的影响,在不同流量下开展带有前置导叶离心泵的空化性能试验,得到无导叶、导叶预旋角(12(时的离心泵空化性能曲线.空化性能试验结果表明,离心泵的临界空化余量随流量的增大近似线性增大.基于均相流假设的完全空化模型,考虑空化流可压缩性的影响修正RNG κ-ε湍流模型,采用SMPLEC算法,数值求解雷诺平均的Navier-Stokes方程,模拟离心泵安装前置导叶前后不同工况下的全流道空化流动.计算得到的H-LBOSGa曲线与试验数据吻合较好,验证计算方法的准确性.基于数值模拟结果,分析不同工况下叶轮内部空泡体积率的分布规律,发现前置导叶预旋调节对离心泵叶轮空化性能的影响较小,并能有效改善叶轮进口流态,使压力分布更均匀.     

转静子间距对斜流压气机流动损失影响研究

斜流压气机转静子间距对整级性能有重要影响。基于非稳态流场数值模拟,计算分析不同转静子间距下叶轮、无叶段、有叶扩压段三部分流动结构及损失机理,发现随着间距的增大叶轮部分流动损失几乎不变,无叶区部分流动损失增加,有叶扩压段各个控制体的流动损失都减少。研究结果可为斜流压气机转静子匹配设计提供参考。     

矿浆泵内转速对固液流体速度矢量分布的影响分析

为了研究转速对深海采矿矿浆泵内部流动特性及对工作性能的影响,应用欧拉模型,RNGκ-ε(Renormalization-groupκ-ε)湍流模型及SIMPLEC算法,对矿浆泵叶轮及空间导叶内固液两相流场进行数值模拟,研究叶轮叶片和导叶叶片的绝对速度分布及外特性的影响。结果表明:随着转速n的增大,叶轮流道区域内的边界层更易分离,过流能力减弱,在叶轮出口处,射流-尾迹结构越强,水力损失越严重。空间导叶流道进口处的冲击更加猛烈,此区域流动愈加混乱,在导叶压力面进口处出现了范围更大的二次流。但随着转速n的增大,混合流体在导叶吸力面进口处的流动分离被抑制了,增大了过流能力,减弱了水力损失。     

斜流叶轮顶端间隙流动特性的研究

使用单倾斜热线及其测试系统，在不同顶端间隙条件下，对翼形和圆弧形料流叶轮的间隙流动特性进行了实验研究，着重考察了顶端泄漏流动对斜流叶轮出口流场及其二次流对叶轮性能的影响。     

非设计工况下斜流泵叶轮进出口环量变化分析

基于RNG k-ε湍流模型对斜流泵内部三维流场进行了数值计算,重点针对非设计工况下的斜流泵叶轮进出口环量分布特征进行了分析。研究结果显示,在设计点附近的叶轮进口环量受叶片进口边影响较大,不同采样线的环量分布具有一定差异,小流量工况下受到叶轮进口回流的影响,不同采样线的环量分布趋于一致。叶轮出口环量分布受采样线位置影响较小,在设计流量点时,叶轮出口呈等环量分布。在小流量工况点,受到叶轮出口回流的影响,叶轮出口外缘处的环量数值显著增大。通过研究还发现,从叶轮出口流道通过轮毂一侧回流进入叶轮的流体微团具有与叶轮旋转方向相反的圆周速度分量,其环量数值甚至低于同工况下的叶轮进口环量值。     

蜗壳开度对离心风机气动性能影响的研究

研究不同蜗壳开度对离心风机气动性能的影响。采用Pfleiderer机壳型线计算方法,通过改变x值来调节蜗壳的开度,然后数值模拟计算应用不同开度蜗壳的风机,通过对风机整体气动参数、机壳损失分布以及叶轮流场变化的分析来研究开度不同对风机气动性能的影响。数值模拟结果显示,设计机壳时所取蜗壳开度越大,风机流量越大,但其负面影响是全压和效率的下降。蜗壳开度的增加,改善了叶轮流道流动,使其出口更为均匀,掺混损失减小,但机壳表面积的增大带来更大的摩擦损失。机壳开度增加时叶轮内部流动情况的整体改善,是叶轮效率提高的主要原因,但摩擦损失的增加导致了整机效率的下降。     

斜沟槽机匣处理对轴流风机性能影响的数值研究

为研究斜沟槽机匣处理对风机气动性能的影响,以OB-84型动叶可调式轴流风机为对象,基于FLUENT数值软件,模拟风机在原壁面和六种不同斜沟槽情况下的性能,分析叶顶与吸力面湍动能和涡量分布及不同叶高处的静压和静压差分布。研究表明:斜沟槽开槽位置与动叶叶顶前缘的距离及沟槽斜度对风机性能均有明显影响,斜沟槽机匣处理结构改变了叶顶泄漏流场的分布,缓解了泄漏流的发展,削弱了泄漏流与主流的掺混;与原壁面相比,经斜沟槽机匣处理的风机在设计流量下全压和效率均有一定程度提高。综合考虑效率与安全性,方案5具有最优的气动性能,设计流量下效率较原风机提高了0.59%。     

斜流压缩机转子与蜗壳匹配的内流分析

用时均N—S方程对包含斜流叶轮、无叶扩压器与蜗壳一体的斜流压气机进行了整机计算。通过特定截面的不同流动谱图，初步比较了3种不同结构的蜗壳和扩压器的配置方式，讨论了这种型式的斜流压缩机转子子午面流动状况，为叶轮流道及其匹配设计提供了依据。并将转子出口的计算结果和实验值进行了比较。计算得到的子午面流线分布、转子上下游的子午面速度分布与设计值较吻合。     

后置蜗壳斜流风机整机数值模拟

使用商业软件Numeca的Fine／Turbo模块，对包含斜流叶轮与蜗壳一体的斜流风机进行整机计算。对一斜流风机在设计转速下不同工况点进行了数值模拟，并与试验结果进行了比较，吻合较好。通过特定截面的不同流动图谱，证实了蜗壳、叶轮相互作用引起的整机流场的不对称性。研究结果表明，叶轮内部叶顶间隙区二次流动和叶轮与蜗壳相互作用引起的涡系是影响斜流风机效率的主要原因。     

导叶对液力透平性能的影响研究

为研究液力透平入口导叶型式对透平性能的影响,采用CFD软件对不同导叶出口角、导叶数量以及导叶开度进行数值模拟分析。分析表明,改变导叶出口角可以改善叶轮入口流动状况。同时随着导叶叶片数增加,透平做功能力显著增强,但在叶片数14时效率最高。导叶开度对透平性能影响比较显著,导叶开度增加,透平向大流量方向偏移,导叶开度减小,透平向小流量偏移。同样流量下,导叶开度减小,透平扬程高,导叶开度对透平效率影响不大。     

6000Nm~3/h氧气透平压缩机内流场及性能研究

在对6000Nm3/h氧气透平压缩机进行初步设计的基础上,通过CFD模拟不同转速下高压缸的首级叶轮和扩压器内流场,分析了内部流动特性,并在不同压缩机进口导叶开度和增加压缩机转速情况下进行性能测试、分析和验证。试验和模拟研究表明,改变压缩机进口导叶开度和增大压缩机转速能够提升压缩机性能参数,特别是合理提高转速会使压缩机性能有较大提高,虽然效率略有下降,喘振流量值增加,但压比和流量得到明显增加。研究结果为压缩机的设计提供了指导,所设计的6000Nm3/h氧气透平压缩机达到了设计要求。     

斜流泵轴向推力的数值计算

对斜流泵叶轮内部流动进行了数值解析 ,翼面和轮毂表面的压力分布 ,数值计算开放型斜流泵的轴向推力 ,所得结果与试验值对比基本吻合     

离心泵内流场计算及空间导叶内流动分析

以带有空间导叶的离心泵为研究对象,通过CFD方法,在三种工况下,对包括吸入室、叶轮和导流壳在内的全三维湍流场进行数值计算,获得了导流壳内的速度分布和压力分布.结果表明:导流壳能很好地将叶轮中流出的流体的动能转化为压能,并消除速度的圆周分量;在0.8Q工况下,空间导叶的进口冲角增大,容易在空间导叶背面产生流动分离,造成水力损失增加;在1.2Q工况下,空间导叶的进口接近无冲击入流,在进口处流速分布较均匀,其内部未发生流动分离现象.此计算结果可以为试验研究和模型优化提供参考.     

面积比原理在冲压泵设计中的应用研究

基于面积比原理对冲压泵叶轮出口与导叶进口的匹配进行设计与研究,采用数值模拟和试验研究相结合的方法研究了叶轮出口与导叶进口面积比和导叶进口与导叶到泵腔壁间环形进口面积比对泵内部流场和性能的影响.分别对5种不同面积比的冲压泵模型进行计算分析,结果表明:随着叶轮出口面积F2与导叶进口面积F3比值Y=F3/F2的增大,导叶进口流速越来越小,冲压泵的扬程和效率不断提高,当由Y=1.48增大到Y=3.49时,扬程和效率分别提高了约3.0％和2.0％.随着导叶到泵腔壁间环形进口面积F的增大,导叶出口的平均静压值先增大而后又下降,冲压泵的扬程和效率也先增大后下降,当F=1 680.4 mm2(F/F3=197.2％)时,扬程和效率都达到最大值.     

导叶出口安放角对双向轴流泵性能的影响

导叶出口安放角是影响导叶能量回收能力的关键因素之一,为研究其对双向轴流泵性能的影响,采用流线法设计了11个不同出口安放角的导叶模型,通过数值方法分析各模型内流场特性和外特性。结果表明:设计工况下,出口安放角为70°时,模型效率最高,随着该角度增大,导叶出口后轴截面上的低压区扩大,同时在导叶吸力面中部靠近进口位置出现了较大的低压区,产生脱流及二次回流损失,模型效率下降。说明在设计导叶时,选取较小的出口安放角,且不同截面的翼型骨线采用直线与圆弧的直弯组合形式可以有效改善双向轴流泵在设计工况下的性能。     

大型空分等温压缩机气动特点分析及改进

通过对国外引进的冷却器内置式的大型空分用等温离心压缩机组进行研究,计算了压缩机各级模型,得到了不同工况下各级流动特性,对各级流场进行分析发现,在叶轮轮盘转弯处、叶轮出口及扩压器的盖侧有明显的低速区,易发生流动分离;研究导叶安装角对级性能的影响发现,随着安装角的减小,其性能曲线变陡。本文还对第一级的进口流道进行改进,使进口导叶盘侧半径与叶轮进口盘侧半径相同,结果表明其压比和效率都有明显提高。     

基于“可控涡”的小流量斜流压气机气动设计研究

斜流压气机兼具轴流和离心压气机的特点,目前已经成为了研究的热点。针对斜流压气机S弯流道的特点,提出采用两段Bezier曲线进行子午流道的一体化设计方法;推导了适用于斜流压气机的准正交坐标系下的控制方程;采用了考虑叶轮出口倾斜角度的Qiu滑移模型;应用"可控涡"设计方法进行了斜流压气机设计,并进行了全三维粘性数值模拟。结果表明:该叶轮具有较好的气动性能,设计点下压比为3.4529,效率为0.8544。     

斜流叶轮轴向蜗壳内流匹配分析

斜流风机采用轴向入口方式的蜗壳设计使机构更紧凑.考虑蜗壳与斜流叶轮整体匹配设计中内流增效减损机制,按照气体自由流动轨迹设计蜗壳型线;通过内流匹配分析,比较了流叶轮对称和不对称两种轴向蜗壳入口方式,不对称蜗壳静压分布较好;单向涡流束取代了对称蜗壳中的双向涡流,从而避免了由于双向涡流引起的中间层的分离,减少了耗散损失,提高了外特性性能.在此基础上设计了几种轴向非对称蜗壳,比较了小直径轴向内蜗壳斜流风机采用无叶扩压器和有叶扩压器两种配置方案的内流场.指出了斜流叶轮设置导向叶片扩压器有利于提高风机性能,因此在斜流风机中推荐使用叶片扩压器.