叶轮进口边型线对两级离心泵空化及非定常流动特性的影响

针对叶片进口边型线对两级离心泵空化及内部非定常流动特性的影响,在保持泵体和其他几何参数不变的情况下,通过改变第一级叶轮叶片进口边曲率,计算了两级离心泵内的空化及非定常流动。获得了空化性能曲线、第一级叶轮流道内测点的压力脉动和第一级叶轮的受力情况。结果表明:进口边对临界空化余量、压力脉动和受力情况的影响不具有单调性,而是存在最优值;压力脉动的主导频率为15倍轴频,并且压力脉动出现高幅低频现象;轴向力和径向力的脉动主频分别为轴频和2倍叶频;径向力的波动幅值远小于空间x,y方向受力的波动幅值。     

颗粒浓度对高比转速离心泵非定常特性的影响

为了分析颗粒浓度对高比转速离心泵非定常特性的影响,采用Mixture混合多相流模型,利用CFX软件进行数值模拟,分析了不同颗粒浓度时的瞬时湍动能、压力脉动及径向力。研究表明:随着颗粒浓度的增加,效率有所下降,清水条件下的离心泵效率最优;随着颗粒浓度的增大,叶轮内的瞬时湍动能明显增强,叶轮流道内及隔舌处的压力值均减小,脉动幅值均增大,作用在叶轮上的径向力会增大,而作用在隔舌处的径向力会减小;在不同颗粒浓度下,叶轮流道内的压力脉动主频均出现在转频处;隔舌处的压力脉动主频出现在叶频处;叶轮流道内、隔舌处的压力值和压力脉动幅值增减速度快慢的分界点和叶轮上、隔舌处的径向力增减速度快慢的分界点均在颗粒浓度为1%附近。     

前弯叶片对轴流泵噪声辐射性能的影响

通过改变叶片径向积迭线获得周向前弯0°与9°叶轮,采用大涡模拟(LES)方法以及声学边界与结构有限元耦合解法完成了轴流泵内部非定常流动及流动发声的数值模拟,研究了叶轮叶片周向前弯角(0°和9°)对轴流泵噪声辐射分布的影响,对比了不同叶片的轴流泵噪声辐射分布情况.结果表明:周向前弯9°叶轮叶片比周向前弯0°叶轮叶片产生的噪声降低了3 dB左右;将叶轮叶片前弯9°能降低轴流泵的水动力噪声.     

熔盐泵空间导叶与叶轮的径向安装间隙对泵性能影响研究

为了探究空间导叶和叶轮之间的径向安装间隙对泵性能影响规律,选择某VS1型太阳能高温熔盐泵首级部分作为研究对象,在其他几何参数不变的前提下,以原导叶和叶轮径向间隙值为基础,通过沿径向逐次改变导叶进口和叶轮之间的相对位置,共设计了6组不同间隙下的导叶-叶轮组合方案,基于CFD方法对6种间隙方案(1.5～6.5 mm),进行了全流场数值模拟,并试验验证了数值算法的可靠性。研究表明：导叶与叶轮径向安装间隙对泵扬程和效率在不同工况下的影响具有显著差异性,存在较优间隙使泵性能整体最佳,间隙过大、过小时都会致使其性能劣化;与原间隙2.5 mm时相比,合适的间隙可使叶轮出口和腔体间隙处的主频压力脉动幅值分别降低20.6%和36.4%,泵内介质流动稳定性提升;导叶内流道压力梯度和腔体涡核心分布随间隙改变呈不同变化态势,间隙为4.5 mm时,导叶内流道压力梯度变化更为均匀有序,腔体内涡的范围和强度较其它方案削弱明显,泵内流态最优。     

混流泵内压力脉动测量与分析

以比转速为336的某导叶式混流泵为例,沿流体流动方向在泵进口、叶轮出口、导叶出口、泵出口4个位置设置监测点,对比了0.6Q_d、0.8Q_d、Q_d、1.2Q_d、1.4Q_d(Q_d为设计流量)5种工况下的压力脉动情况。结果表明,泵进口和泵出口压力脉动幅值较低,导叶进口处脉动幅值最高,且小流量工况较大流量工况脉动剧烈,小流量工况下,泵内运行不稳定,出现回流、漩涡等,引起复杂、无规律的压力脉动;各工况下,泵进口处在叶频到7倍轴频范围内均出现了较为紊乱的脉动;与设计工况相比,非设计工况的脉动情况更为复杂。     

动叶可调轴流风机瞬态流动及压力脉动特性

以OB-84型动叶可调轴流风机为研究对象,将定常计算所得流场作为非定常计算的初场,模拟了风机内部各监测点处的压力脉动及瞬态流场特性.结果表明:不同监测点的压力信号均呈周期或类周期波动,其压力脉动强度随体积流量增大呈减小趋势,最大压力脉动强度位于叶顶间隙处;各监测点均在叶片通过频率处出现最高时频分布幅值,改变体积流量仅影响时频分布数值;随体积流量增大,10%叶高截面上的平均湍动能水平提高,而叶轮出口截面上的高压区向轮毂方向移动;随时间延长,叶片尾缘处和相邻叶片间的湍动能增强;叶轮旋转过程中,叶轮出口截面上的高压区在机壳与轮毂间呈现往复运动的现象.     

叶型最大挠度点位置对轴流泵流动激励力及其流动噪声的影响分析

叶型最大挠度点位置的移动对轴流泵叶片吸力面的附面层流动有较大影响,从而影响轴流泵的流动效率。利用计算流体力学方法对叶轮叶片具有不同叶型最大挠度点位置N_c的轴流泵模型内部定常和非定常流场进行数值模拟,分析轴流泵内非定常压强分布随N_c变化的规律。研究结果表明:随着N_c向叶片尾部移动,轴流泵扬程和效率均提高;N_c从0.3增大至0.4时,扬程提高了0.94 m,约20.3%,效率提高了2.7%;N_c从0.4增大至0.6时,扬程提高了0.25 m,约4.5%,效率提高了0.3%.从叶高静压分布和泵内流动激励力均可以看出,N_c为0.4、0.5和0.6时的流场相对于N_c为0.3时更有利于提高流动效率。轴流泵的声场结果表明,N_c=0.6时声压级最低,且振速最小。     

斜流泵压力脉动模型试验研究

为探究斜流泵叶轮进出口处压力脉动的分布规律,通过模型试验测量斜流泵在不同叶片安装角度及扬程下叶轮进出口的压力脉动,运用时域和频域分析法对比分析压力脉动。结果表明,当扬程低于额定扬程时,随着扬程增加,泵运行趋于稳定,压力脉动相对幅值逐渐减小,当扬程达到额定扬程后,压力脉动相对幅值达到恒定值;叶轮出口处离转轮位置较近,受叶片旋转作业的影响较大,导致出水流道处压力脉动相对幅值较进口处大;叶轮进口处压力脉动频率以3倍转频为主,2倍转频脉动干扰较明显;叶轮出口压力脉动较复杂,在6倍转频处波动最大,同时伴有低频脉动。研究成果可为斜流泵设计与管理提供理论依据。     

叶轮出口直径对离心泵流动诱导噪声影响的数值模拟

针对离心泵内部非定常流动及其诱导的辐射噪声,本研究采用带滑移网格的大涡模拟技术计算了泵壳内部的压力脉动和叶轮上的径向力,并结合有限元声振耦合方法研究了叶轮出口直径对离心泵水力性能、压力脉动、非定常力和流动诱导噪声辐射的影响。计算结果表明:叶轮出口直径从170 mm增大到174 mm,扬程提高了4.57%,而效率下降了2.08%;径向力也随着叶轮出口直径的增加而增大了41.4%;叶轮出口直径的增加也致使叶频及其谐频下的压力脉动幅值增加。泵体外部声场声压级在二阶叶频下明显高于其它频率;随着叶轮出口直径的增加,外部辐射声场指向性不变,但声压级会随之增大。     

叶片包角对高比转速离心泵固液两相非定常特性的影响

为了分析叶片包角在固液两相流下对高比转速离心泵非定常特性的影响,采用ANSYS CFX软件和Mixture多相流模型对5种不同叶片包角离心泵的固液两相流进行了非定常数值模拟,分析了叶片包角对固液两相流离心泵瞬时扬程、压力脉动及径向力的影响。研究表明:随着叶片包角每增大10°,固液两相流离心泵的瞬时扬程有所降低,波动时间会延迟0.001 s;流道内及隔舌处的压力值越来越小,脉动幅值越来越大,压力波动时间向后延迟0.001 s;叶轮上的径向力会增大,隔舌处的径向力会减小,受力方均向顺时针偏转;不同包角下的固液两相流离心泵叶轮流道内的压力脉动主频均出现在转频处,隔舌处的压力脉动主频出现在叶频处。其中,叶片包角φ=120°是叶轮流道内压力值和压力脉动幅值增减速度快慢的分界点,也是隔舌处的压力脉动幅值最小值点。     

Unsteady tip clearance flow in an isolated axial compressor rotor

Introduction Background It is well known that the rotor tip clearance flow has profound effects on the performance and stability of axial compressor (Wisler[1], Howard[2]). Numerous studies on the tip clearance flow were carried out in the past fifty years. Rain[3] proposed a model to predict the loss due to tip leakage flow assuming that the kinetic energy of the leakage flow velocity component normal to the mean chamber line would be dissipated. Lakshminarayana[4] developed a model to pre…     

汽轮机转子涡动汽流激振力分析与CFD数值模拟

汽轮机转子涡动时轴心偏离静子中心产生轴系失稳的Thomas/Alford汽流激振力,传统的叶顶间隙激振力公式对此不能全面准确评估。该文综合考虑转子涡动以及围带汽封二次流,在动叶通道,根据蒸汽做功分析涡动效应激振力;在叶顶围带汽封,用CFD数值模拟泄漏蒸汽三维粘性流场,确定蒸汽激振力。研究结果表明小的静偏心和动偏心条件下,转子涡动动偏心在动叶通道诱发的激振力要大于静偏心激振力;围带汽封汽流预旋速度对间隙激振力有重要影响;调门不对称进汽也是蒸汽激振力的另一个重要来源。     

Numerical simulation on the effect of tip clearance size on unsteadiness in tip clearance flow

Unsteadiness of tip clearance flow with three different tip clearance sizes is numerically investigated in this paper. NASA Rotor 67 is chosen as the computational model. It is found that among all the simulated cases, the un- steadiness exists when the size of the tip clearance is equal to or larger than design tip clearance size. The relative total pressure coefficient contours indicate that region of influence by tip leakage flow augments with the increase of tip clearance size at a fixed mass flow rate. Root Mean Square contours of static pressure distribution in the rotor tip region are provided to illustrate that for design tip clearance （1.1% tip chord） the strongest fluctuating region is located on pressure side of blade near leading edge, while for the larger tip clearance （2.2% tip chord）, it is in the region of the interaction between the shock wave and the tip leakage flow.     

气冷涡轮转子变叶尖间距性能试验及数值研究

为量化评估工程应用的气冷低压涡轮带冠转子叶片的叶尖间距大小对涡轮气动性能的影响,综合现有涡轮部件试验能力,以单级轴流低压涡轮性能试验件为基础,通过控制圆度的机加方式磨削转子外环内壁以实现叶尖间距的变化,采用控制冷气流量比的方法,开展5次不同叶尖间距大小的涡轮级性能试验,得到多工况下涡轮效率、换算流量和换算功率等特性参数。采用加载冷气及考虑转子叶冠结构的数值模型进行三维仿真计算,并与试验结果对比分析。研究表明：叶尖间距由0.6 mm增加至3.2 mm,低压涡轮流通能力增大1%,叶冠泄漏量增多3.4%,但做功能力下降2.3%。涡轮效率变化与叶尖间距大小近似呈线性关系,叶尖间距每增加1 mm,效率约降低0.7%,同时,叶尖间距的增加导致了叶冠腔的旋涡结构、气流掺混及主流入侵强度逐渐增大,引起动叶总压损失的增大,叶尖间距增加至3.2 mm导致叶间位置总压损失由0.88增至2.3。     

间隙变化对轴流压气机转子近失速工况叶顶流场的影响研究

为研究间隙变化对轴流压气机转子近失速工况下叶顶流场结构的影响,以轴流压气机转子Rotor37为研究对象,对其叶顶流场进行定常和非定常的数值模拟。计算结果表明：随着叶顶间隙的减小,压气机的总压比和等熵效率均有所提高,稳定运行范围扩大;2倍设计间隙下,叶尖泄漏涡经激波作用后发生膨胀破碎,堵塞来流通道,诱发压气机堵塞失速;0.5倍设计间隙下,吸力面流动分离加剧,发生回流,部分回流与来流在压力面前缘上游发生干涉,进口堵塞加剧,致使部分来流从前缘溢出,导致压气机叶尖失速;不同间隙下压气机失速过程的主导因素不同,大间隙下失速由叶尖泄漏涡破碎的非定常波动引起,小间隙下失速主要由流动分离引发的周期性前缘溢流所主导。     

机匣喷气量对涡轮间隙流动控制的影响

采用数值模拟方法研究机匣喷气量大小对涡轮间隙流动控制的影响。结果显示,在10％轴向弦长位位置喷气时,增大喷气量,喷气在间隙内轴向上影响范围增大,对间隙流阻塞作用增加,间隙涡出现位置推迟。同时减小了间隙涡、上通道涡区熵增,尤其是上通道涡区损失大幅减小,并减弱机匣喷气引起的气流偏转不足／过偏现象。叶顶压力面附近由间隙流动引起的低压区减小,并向叶片尾缘移动。但由于喷气量增大使得动叶输出功率下降,使得涡轮效率降低。     

Experimental Study of Endwall and Tip Clearance Flows in a Two—Dimensional Turbine Rotor Blade Cascade—Effect of Incidence Angle

IntroductionA ttirbomachinery rotor must have a slhall hilt finite clearance relative to its surrounding casing. Theflow, which leaks thlough this fililte gap, has a surprisingly large effect on the aerodynamics of the flow.The loss produced due to the tip clearance is an.unavoidable loss. The presence of tip clearance ajtersthe endwall flow siglilflcaotly. The normal secondaryflow interacts with the leakage fluid ajs it easts fromthe suction surface. The leakage fluid rolls into whatis known…     

多级轴流压气机模化设计中尺寸缩放对气动性能影响的数值研究

为了研究几何尺寸模化缩放及叶尖间隙对多级轴流压气机气动性能及内部流动的影响,采用Numeca程序对17级轴流压气机开展了数值计算。结果表明：在80%及100%等高转速条件下压气机效率随着模化比例增大而增大,而在50%转速下模化缩放对压气机效率的影响较小。相对于原型压气机,模化放大时,压气机前8级单级压比均有所降低,而后8级压比均提高;模化缩小时,压气机的变化规律则相反。随着压气机几何尺寸的增大,静叶叶根和叶尖区域的总压恢复系数显著提高。同时,叶片叶尖泄漏流区域的熵增减少,从而使各级效率均有所提升。缩放模化中,随着叶尖间隙的增大,泄漏流增多,恶化了动叶叶尖附近的流动分离,降低了动叶后50%弦长区域的相对马赫数,同时扩大了静叶上端壁的流动分离,使压气机效率降低。     

叶顶间隙对跨音速离心压气机气动性能影响分析

基于控制变量法对某跨音速离心压气机进行数值模拟,研究了叶轮尾缘叶间隙改变对其气动性能的影响。仅改变该离心叶轮的尾缘叶顶间隙,在设计转速下进行全三维黏性数值模拟,对相关气动参数进行分析。计算结果表明,相较于小流量工况,尾缘叶顶间隙的改变对离心压气机大流量工况的气动性能影响更大;在设计流量下,离心叶轮的压比、效率与叶轮尾缘出口间隙大小之间具有一定的线性关系,随着叶尖间隙增大,叶轮叶尖泄漏流的强度明显增强,导致叶轮的增压能力下降。     

Experimental Investigations of the Three—Dimensional Flow in a Large Deflection Turbine Cascade with Tip Clearance

INTRoDUCTI0NThetipleakaeflowisnowrecognizedasanimpor-tantsourceoflossesinbothcompressorsandturbines,asasourceofcoolingprobleminturbinesandasourceofinstabilityincomPressorsandfans.Manyturbo-maChinimPellersarenotshroudedandtheleakaeflowthroughthetipgaPofthebladeisanunavoidablefaCtorwhichdeterioratestheperformance.Den-tonandCumpsty[1]melltionedabouttwodistinctandequallyimportantaspects.tothetipclearanceflows.First,thereisareducti0ninthebladeforce,there-fore,theworkdone.Thisoccursbecausethe…