基于CFD分析的涡轮钻具力学性能预测

以φ115mm涡轮钻具涡轮为研究对象，采用实体建模、CFD前置处理器等工具生成涡轮定、转子的单周期跨叶片流道计算模型，应用CFD(计算流体动力学)商用软件研究分析了其在不同转速下的内流场。重点分析了转子叶片表面压力场的分布情况，并将模拟结果与10级涡轮台架的实验数据进行了对比，证明CFD模拟分析的有效性，为预测分析涡轮钻具力学性能、改进叶型设计、提高叶型的水力性能具有重要的指导意义。     

井下发电机涡轮设计、动力模拟与性能试验

为了缩短涡轮研制周期,降低研制费用,在涡轮机械一元流理论基础上进行叶栅叶型设计,借助计算机辅助叶片造型,运用CFD软件对井下涡轮进行了全三维模型数值模拟和力学性能预测。模拟结果与试验结果对比表明,在涡轮转速低于1 000 r/min时相同转速下实测扭矩小于模拟扭矩,而高于1 000 r/min后相同转速下实测扭矩大于模拟扭矩,但两者相差不大;压降变化趋势基本相同,低转速下模拟压降稍小于实测压降;涡轮空转转速实测值稍高于模拟值。最后指出,一元流理论同计算辅助叶片造型相结合,通过合理调整相关参数满足流道、叶片型线和喉部折转角的检验要求,可以达到理论设计的预期结果。     

54 mm涡轮钻具三维叶片造型设计与研究

针对涡轮转子不同半径圆柱层液体圆周速度不同，导致的液体与转子叶片产生冲击产生的水力损失问题，利用多截面造型方法建立了一种三维叶片涡轮。基于实际工况中从第二级涡轮开始，定子入口的流速是上一级涡轮转子出口流速，速度方向并不垂直于定子入口面这一情况，对现有的涡轮流道模型进行修正，建立了多级流道模型。通过数值模拟方法，对多级涡轮流道模型进行流场分析，得到中间一级涡轮的相关性能参数的特性曲线。研究结果表明：三维叶片涡轮压降更低，单幅涡轮压降减少约为12%;在最佳工况点处，三维叶片涡轮效率达到了60.25%,比直叶片涡轮高出约10%。考虑径向间隙对涡轮性能的影响，建立了相对应的流道模型，验证了方案的可行性。研究结果对涡轮叶片的设计和多级涡轮流场分析具有一定的指导意义。     

井下水动力轴流涡轮设计与试验研究

通过井下水动力涡轮的设计和试验,发现流道中线决定涡轮设计工况的液流平均流动,而不是沿叶片骨线进口结构角方向。指出传统平面叶栅轴流涡轮设计方法存在的局限性,并提出了最高效率点的平均液流进口方向沿流道中线进口结构角方向的观点,从而较好地解释了理论设计的机械性能与实际机械性能存在差异的原因。根据该观点,建议在涡轮叶栅叶型造型设计时,应检查流道中线在前、后缘额线处的切线,保证与设计液流方向基本相同,以提高涡轮设计的正确性和质量。对其他同类型的涡轮机械设计具有参考价值。     

随钻测井用涡轮发电机叶轮组水力性能分析

采用CFD方法对某型随钻井下涡轮发电机叶轮组进行数值分析,计算叶片的水力特性,预测叶轮的输出性能。首先,提取叶轮模型的几何特征参数,采用CFD分析软件FINE/Turbo建立仿真模型,并对叶轮组进行全三维数值仿真模拟,得出静子叶片出口流动角和转子叶片进口流动角沿径向分布规律,以及转子叶片压力系数沿径向分布等水力特性参数。然后通过计算得到叶轮的输出功率、输出扭矩和效率等宏观特性参数,并解释了叶轮输出特性与叶片水力特性之间的关系。最后通过试验验证数值仿真叶轮的转速误差在6%以内。研究结果可为叶片改型和叶轮输出性能的改进提供参考。     

多级涡轮内流场的CFD模拟

文章研究了多级涡轮内流场的CFD模拟，较好地解决了模型、边界协调2个方面的问题，并应用CFD软件对各级涡轮内流场进行模拟。通过模拟结果与实验对比，说明该方法是可行的。该方法建模容易、操作便捷。极大地降低了计算机内存和CPU的要求，收敛速度快。保证了各级涡轮的入口边界跟实际边界基本一致，提高了内流场分析的准确性。     

涡轮外特性理论计算方法探究及验证

涡轮作为一种动力转化元件,其外特性的研究对于叶片型线的设计及叶轮内液流流动状态的研究具有重要意义。通过对叶轮内液流微元圆柱层的分析,提出了一种涡轮外特性的积分计算方法,采用该方法得到的涡轮外特性计算公式与传统公式具有相同的形式,但在理论上更符合液流的实际流动情况。为检验积分计算方法的优越性,基于四阶Bezier方程构造了240 mm涡轮钻具涡轮定、转子叶片型线,采用CFD方法模拟了该涡轮的外特性,并以此作为基础,综合对比了2种计算方法在3种特殊工况下的外特性情况。对比结果表明:积分计算方法得到的涡轮外特性更接近于CFD仿真结果,具有更小的计算误差。研究结果对涡轮的理论设计及液流流动理论的研究具有一定的工程意义。     

涡轮式气流分级机压降分析及流场模拟

涡轮式气流分级机是超细铁矿粉的主要生产设备,在分级精度和分级效率上一直不高。为此,结合转轮转速和入口风速匹配关系,对转轮入口速度三角形进行分析,运用CFD流体动力学及力学相对运动理论对叶片间压降进行分析,得出分级轮叶片间速度分布规律。并利用FLUENT软件对不同叶片数结构转轮进行建模和数值模拟。数值模拟结果表明:转轮叶片长宽厚和进风速度对入口处流体的运动速度有直接影响;提高转轮转速能获得更细粒径,但容易造成流场不均匀,降低分级精度;通过适当增加叶片数能改进流体速度的分布规律,从而提升分级效率;提出了增加叶片数的新转轮设计方法,通过数值模拟和物料试验证明该新结构在一定工况下流场分布均匀,分级效率提升。研究结果对涡轮式气流分级机的设计具有一定的指导作用。     

烟气轮机进气锥内部流场数值研究及应用

烟气轮机是炼油厂催化裂化装置节能的关键装备，其工质为工艺过程中产生的具有一定压力的高温废烟气，烟气通过烟气轮机前端的进气锥流道整流加速后流向动叶片，动叶片叶身表面的压力差使其产生旋转的动力，从而带动鼓风机组工作或驱动发电机发电。但烟气中混合有催化剂固体颗粒物，目前进气锥的结构特性会引导烟气对动叶片叶身低截面处造成局部冲蚀，大幅降低动叶片的使用寿命。运用CFD软件分别对改进前后的进气锥流道模型进行流场数值分析，结果表明，合理的改进进气锥流道结构可改善烟气流场分布，有效缓解烟气对动叶片表面冲蚀不均的现象并减少气流在流道中的能量损失。研究结果可为优化烟气轮机结构设计提供理论依据。     

涡轮钻具叶片电解加工流场设计及优化

为了提升叶片性能,涡轮钻具叶片设计愈加复杂,传统加工工艺已不适于加工制造涡轮钻具叶片。为此,提出使用电解加工技术加工涡轮钻具叶片,并应用数值模拟方法对影响电解加工精度的电解液流场进行仿真分析。模拟仿真了电解液在理想化流道模型、叶片阴极流道模型以及近轮廓流道模型中的流场分布。研究结果表明:用叶片阴极模型和近轮廓模型代替传统的理想化模型,也可更好地模拟实际加工流场;改变电解液入流角的大小可以改善传统的理想化模型,可以更好地模拟实际加工流场;改变电解液入流角的方向可以改善入口流线紊乱情况,但效果并不明显,也不能使电解液均匀分布;增加出口导流段可以使电解液分布更加均匀,改善入口流线紊乱状况;叶盆阴极流场使用竖直导流、叶背阴极流场使用相切导流可以获得更好的流场分布效果;使用近轮廓模型作为电解加工流道,可以获得最优的电解液流场分布,但是此流道模型需要预先粗加工阳极工件,成本较高。研究结果可为涡轮钻具叶片的电解加工提供理论指导。     

连续重整再生器的动态烧焦模型

在外径为700mm的移动床径向再生器中测定了气体轴向分流的不均匀度及催化剂的停留时间分布,测定结果表明,气体在主流道中的分布基本均匀,催化剂在再生器内的流动基本为活塞流。在此基础上建立了连续重整再生器动态烧焦模型,从模型的验证结果可知,模型预测与工业实测数据吻合良好,可以用于连续再生过程的动态及静态模拟计算。     

新型阶梯式浅吃水单立柱浮式风机平台水动力分析

常规的单立柱式(Spar)风力发电机平台,在水深较浅区域工作时,结构本身受吃水限制,工作效果较差。常规Spar重心较低,具有良好的稳定性,但是由于它往往具有超过100 m的吃水,因此使其不能应用于中近海域(水深小于100 m)。可设计研究一种适用于中国东海不超过100 m水深的中近海域新型浮式风机平台以解决此问题。针对NREL 5MW风机能应用于100 m水深的情况,对50 m吃水的新型Spar(SJTU-S4)及其系泊系统进行了概念设计研究。利用商业软件建立水动力模型,进行数值仿真,同时设计缩比模型试验,在上海交通大学海洋工程国家重点实验室(SKLOE)进行水动力性能测试。结果表明,本文研究的新阶梯式浅吃水单立柱浮式风机平台在100 m水深、多种海洋波浪环境下,通过试验和仿真验证,能够具有良好的运动响应,为风机提供较好的工作条件。     

涡轮钻具水力设计与分析方法应用现状研究

涡轮钻具是一种重要的钻井工具,涡轮叶型线特征是其水力性能设计与分析的关键因素。在分析涡轮钻具水力工作原理的基础上,研究了涡轮钻具水力性能设计研究现状,详细比较分析了涡轮钻具水力性能设计的理论方法、计算机建模与仿真及水力性能试验分析方面的研究现状与发展水平,提出了计算机辅助设计及理论分析。与试验修正相结合的综合研究方法是涡轮钻具水力性能设计与分析的重要方法,对涡轮钻具水力部件的主要问题与发展趋势进行了展望,为涡轮钻具的水力设计提供参考。     

井下泥浆涡轮设计及性能分析

根据已知参数进行了井下泥浆涡轮的设计，并采用FLUENT6．0对设计的涡轮进行数值模拟，对涡轮的内流场进行分析，获得涡轮的输出功率与转速、压降与转速之间的关系曲线，确保所设计的涡轮能够满足性能要求。     

SOOT FORMATION IN GAS TURBINE COMBUSTORS

Soot formation in the gas turbine combustors has serious effects on liner durability, carbon deposition and smoke emission.

In this work an analytical study is made to derive quantitative relationships for calculating temperature, unburned hydrocarbon and oxygen concentration from previous detailed experimental data. The quantities of the derived parameters are used in a soot formation model to predict soot concentration along the primary zone.

The soot concentration predicted compares favourably with experiment especially at full load conditions. This supports the capability of the model with the derived quantitative relationships in predicting soot concentration for different gas turbine combustors.     

SOOT FORMATION IN GAS TURBINE COMBUSTORS

ABSTRACT

Soot formation in the gas turbine combustors has serious effects on liner durability, carbon deposition and smoke emission.

In this work an analytical study is made to derive quantitative relationships for calculating temperature, unburned hydrocarbon and oxygen concentration from previous detailed experimental data. The quantities of the derived parameters are used in a soot formation model to predict soot concentration along the primary zone.

The soot concentration predicted compares favourably with experiment especially at full load conditions. This supports the capability of the model with the derived quantitative relationships in predicting soot concentration for different gas turbine combustors.     

汽轮机油防锈性能影响因素

采用液相锈蚀实验方法(合成海水)考察了常用防锈剂和不同汽轮机油复合剂在不同基础油中的防锈性能。采用柱色谱分离技术对加氢基础油进行组分分离,得到饱和烃、芳烃和胶质组分,并考察了芳烃和胶质组分的防锈性能。结果表明,基础油组成不同,防锈剂和汽轮机油复合剂的防锈效果差异很大,并且某些类型防锈剂对汽轮机油的破乳化性能产生负面影响。加氢基础油中的芳烃组分对防锈性能有负面作用;加氢基础油光照后的氧化产物中含有羰基基团,对汽轮机油的防锈性能具有改善作用。     

Assessment of Turbine Oil Field Performance—Higher the Oxidation Stability Reserve Better the Retention of its Original Properties

Abstract

The performance of a turbine oil for the satisfactory field performance is assessed by its oxidation life results, obtained in ASTM D943 Oxidation test. This accelerated ageing test is the most popular and industry-accepted tool for differentiating the service life of different performance levels of turbine oils. The deterioration occurring in the important physico-chemical properties of six turbine oils, of varying oxidation stability levels during aging in a standard ASTM D-943 has been studied in detail, to understand the relationship between the oxidation stability reserve and the retention of the original properties of turbine oil. Attempt has been made to correlate the oxidation stability reserve with the deterioration of original properties of turbine oil.     

利用GPC曲线模型分析沥青的性质

利用凝胶色谱法（ＧＰＣ）曲线模型预测国产沥青的性质，同时与实测沥青的ＧＰＳ曲线作比较，发现利用该模型来预测沥青性质易行、方便、可靠。并在此基础上分析了国产沥青的性质，且与国外沥青作了比较。