车载燃料电池高速离心压气机叶轮设计

为解决燃料电池空气进入量不足导致效率较低的问题,本文设计了一款高速车载燃料电池离心压气机叶轮,通过Concepts NREC中的Compal模块,对压气机进行二维循环设计,同时采用AxCent模块进行离心压气机叶片几何设计,并使用Ansys中的流体仿真软件(computational fluid X,CFX)对叶轮流域进行计算流体力学仿真(computational gluid dynamics,CFD),将得到的流域情形与二维仿真计算结果进行对比研究。研究结果表明,该离心压气机由电机驱动,在设计转速下叶轮最高效率可达0.8,工作范围为0.012～0.14kg/s,得到效果较好的流域,印证了二维设计的准确性。该设计具有较宽的工作范围,能满足汽车对空气压缩机的要求,尤其在低流量范围,能更好的适应汽车行驶过程中的低速车况。该研究对我国新能源的发展具有重要意义。     

低雷诺数涡轮叶栅损失的实验与数值模拟研究

发动机涡轮部件在高空低速飞行条件下工作雷诺数降低，其损失显著增大、效率显著降低。本研究的目的是应用实验分析与数值模拟相结合的方法，深入认识高空低雷诺数条件下涡轮流动损失的特征和规律，数值计算是基于Jameson中心差分格式和Runge-Kutta时间推进的方法求解N-S方程完成，实验是在西北工业大学低速涡轮平面叶栅实验风洞进行。研究表明，随着雷诺数降低，涡轮叶栅流动损失增大，当雷诺数小于40000之后，涡轮叶栅流动损失呈明显增大的趋势。数值计算结果表明在低雷诺数条件下，涡轮叶栅吸力面后部流动产生了分离，这是流动损失增大的主要原因。数值预测的结果与实验测量结果的趋势吻合得相当好。     

叶片表面粗糙度对高负荷低压涡轮的流动影响

为了得到不同工况下表面粗糙度对涡轮叶片叶型损失的影响规律,采用数值模拟的方法对某前加载叶型在不同攻角和不同雷诺数下的流动进行了详细的分析。结果表明,当攻角i=0°、10°时,叶片表面并无明显的分离现象出现,当i=20°、25°、30°时,叶片表面都出现了不同程度的分离,且攻角越大分离越严重。当攻角一定时,增大雷诺数对抑制分离泡的出现有促进作用;当雷诺数也一定时,增大叶片表面粗糙度对抑制附面层的分离有明显的效果,且雷诺数越大抑制分离所需的粗糙度值就越低。攻角为20°,雷诺数分别等于25 000、50 000、100 000、150 000、200 000时,抑制分离所需的最佳粗糙度值依次为38、14、5.1、2.5、1.7 mm;攻角为25°,相同雷诺数下抑制分离所需的最佳粗糙度值依次为230、50、11、4、2.2 mm;攻角为30°,雷诺数分别等于50 000、100 000、150 000、200 000时,抑制分离所需的最佳粗糙度值依次为3 200、800、120、29 mm。最后,建立了一套不同攻角下抑制分离的最佳粗糙度-雷诺数关系模型,并编写了相应的C语言程序。通过该程序,只要得知叶片工作的攻角与雷诺数大小,便可直接算出抑制附面层分离的最佳粗糙度值。     

蒸汽轮机末级应用海豚型静叶的数值仿真

分别对海豚型叶型和常规设计的蒸汽轮机叶型进行了一级全三维气液两相数值计算,对比发现所设计的海豚型叶型在改善常规叶型流场的气动性能、提高汽轮机轮周效率的同时,可以提高流道内叶片段区域的湿蒸汽干度,改善流道内湿蒸汽的分布。海豚型叶型具有短的扩压段,使激波和附面层干扰区域具有更强的防汽流脱落能力,这样可减少此区域内水膜被高速汽流急剧撕裂成二次水滴的可能。海豚型叶型通道内湿蒸汽湿度沿叶高的分布特点有利于在叶片上表面开设除湿槽,进行高效除湿。     

轴流压气机转子叶片预变形设计方法

压气机叶片在工作状态下受气动力和离心力的综合作用而产生的变形,给出了一种基于弱耦合迭代的叶片预变形设计方法。利用该方法以ANSYS与CFX为平台完成了对跨声速压气机叶片的预变形设计。研究结果表明:本文的预变形方法具有高效与高精度的特点,仅需20步迭代计算,即可获得最大残差小于10~(-5)mm量级的冷态叶型数据。该方法可用于轴流压气机及涡轮叶片的预变形设计,确保工作状态下的叶片实现设计构型。     

双级对转压气机流场分析研究

以设计的某对转压气机级为研究对象,应用F INE/TURBO和CFX软件研究了设计转速、典型工作状态下该压气机的性能和流场细微结构,为进一步优化对转压气机叶片设计提供了依据。计算结果表明:在压气机中反向旋转转子叶片布局设计较好的前提下,对转技术可以在较小的空间里实现较高的压比,从而大幅度提高发动机的推重比;文中给出的对转压气机设计局部流场结构还未达到最优,三维叶片还需要进一步改进,主要表现在一级转子根部和尖部附面层较厚,并伴随有分离现象;二级转子尖部分离流动强烈,使得下游叶片来流发生较大畸变;出口导叶设计尚不理想,集中表现为在根部和尖部有较弱的分离流。     

压气机叶片前缘形状与局部损失相关性

压气机叶型的椭圆形前缘相比传统圆弧形前缘能减小流动损失,扩大攻角范围,但加工难度提高。为了尽可能减少加工成本、充分利用椭圆形前缘的气动优势,研究了在不同来流条件下椭圆形前缘与圆弧形前缘的气动性能差异。利用椭圆方程重新设计CDA叶型的前缘;引入SST湍流模型加γ-θ转捩模型对计算模型进行数值模拟,分析叶片前缘的切向速度与熵分布;研究了叶片前缘曲率与局部流动损失的相关性,并详细比较了在不同来流条件下椭圆形前缘与圆弧形前缘的气动性能。分析结果表明,在攻角小于2°的正攻角、较高来流马赫数、较低来流湍流度与雷诺数条件下椭圆形前缘优势更明显。     

离心压气机分流叶片长度对压气机性能影响数值研究

为了探究不同分流叶片长度对离心压气机的性能影响,利用商用计算流体力学软件NUMECA对分别带有不同长度分流叶片的离心压气机流场进行数值模拟,得到了不同长度的分流叶片对压气机性能及流场的影响.结果表明:不同长度分流叶片的离心压气机的压比、效率和质量流量的变化规律不同.分流叶片能够延迟附面层分离,减少通道内低速区面积,降低...     

Nonlinear Pre-deformation Method for Compressor Rotor Blade

压气机转子叶片非线性预变形方法

王永亮,李世豪,郑龙凯,康达

（大连海事大学 船舶与海洋工程学院,大连 116026）

中文说明：

本文综合考虑气动力和离心力对叶片变形的作用,基于载荷增量法,对Stage 37的转子叶片进行了预变形设计。在此基础上,考虑叶片变形过程中的载荷及刚度非线性,对预变形叶片在非设计工况下进行叶型重构,分析了非设计工况下不同叶片构型气动性能及结构参数的变化规律。本方法可为压气机非设计工况气动和气动弹性的强迫响应、颤振等问题的分析提供准确的叶片构型,有助于提高高负荷压气机气动及强度特性分析和检验的精度。

关键词：压气机叶片;预变形;叶型重构;流固耦合;叶片变形

子电池;比容量;液氮

     

基于CATIA的轴流风机叶片仿生参数化建模

为解决轴流风机仿生叶片三维造型不能直接应用提取的鸟翅膀翼型问题,通过对风机叶片的几何分析,推导出叶片二维平面叶型坐标到三维空间坐标的转换关系。运用EXCEL对叶型截面各离散点进行处理得到相应的空间坐标;基于CATIA的自由曲面造型功能生成叶片曲面,再转化成实体叶片;采用FLUENT对所设计的轴流风机模型进行仿真分析,计算结果与设计要求比较吻合。     

轴流压气机转子新叶型设计与试验研究

为进一步发展高性能轴流式叶轮机械叶片定制技术,本文提出了一种适于跨音速范围应用的轴流压气机转子叶型数值优化设计方法。并应用该系统对进口马赫数０．９１８的转子叶栅进行了设计及气动性能分析,通过与国外设计的同类叶栅的设计结果及风洞实验结果进行比较,验证了本文所用方法的有效性及精度。对比研究表明：采用本方法设计的叶栅具有低损失,宽稳定工作范围等优点。该项技术有良好的工程应用前景     

不同分流比下风扇／压气机组合体性能预估研究

在存在内、外涵道的风扇／压气机组合体性能预估进行了研究,其思路是将基元叶片法＋附面层修正＋分流环效应三有效地耦合在一起,既能较准确的考虑因气体的粘性影响而引起的堵塞,又可将分流环周围的流场效应在子午流面的计算中体现出来,所研究的具有任意分流比的内扇／高压压气机气动性能预估程序,算例验证对比得到的预测结果表明,该方法不失为风扇／压气机性能分析的有效辅助工具。     

基于改进型动量BP神经网络算法的风扇叶片性能优化研究

为探索叶片优化设计的新途径,获得具有更高气动性能的各类叶片,使用了一种改进型变学习率动量BP神经网络算法和非均匀有理B样条函数法相结合的方法,对某风扇压气机的第2级转子叶片特别是针对其根部基元级进行了气动优化改型设计;通过对转子叶片和整个风扇压气机优化设计前后气动性能的对比分析,表明该优化设计方法确实可行,能够改善转子叶片以及整个风扇压气机的气动性能,使整机的效率和压比分别增长了0.379 4%以及0.225 4%,达到了优化的目的。     

高空远程滑翔UUV低空突防段弹道运动仿真与分析

高空远程滑翔UUV技术是一种集高空滑翔与水下航行于一体的综合设计研究,低空突防段弹道是高空远程滑翔UUV弹道流程中的重要部分。通过建立高空远程滑翔UUV的六自由度数学模型,对低空突防段弹道进行了运动仿真和详细分析。采用常规等高控制方案控制飞行高度,仿真结果显示产生了掉高过大的现象,甚至在水平面以下,低空突防不能实现。为避免这种现象,选择两种方案解决这一问题,一是在突防段引入极限舵角的方式,一是修改高度控制方程。经仿真分析,两种方案均能改变掉高过大现象,且第二种方案具有较好的适用性,系统相对也较稳定。     

超音速引射器的优化设计

将CFD分析与优化构架相结合,建立了一个能够快速优化在不同工况下引射器构型设计的工具。首先对引射器构型进行参数化研究,确定需要优化的设计变量。然后用多目标排列遗传算法建立了包含建立和验证点的最优拉丁超立方体,其设计点的响应均由CFD计算分析得到。接着用移动最小二乘近似法建立工作流体和卷吸流体流率的描述模型。最后用遗传算法和顺序二次规划法对一系列的引射器设计进行优化,得到其全局最优值。通过使用这个优化方法,让不同适用范围的引射器设计得到了最优Pareto前沿,即其对应的最优化设计。     

新型低阻导线气动特性数值模拟

采用流体力学计算软件FLUENT6．3,对新型低阻导线LP810导线进行雷诺数76000时气动力特性以及流场的数值模拟。计算采用有限体积法和SIMPLEC算法求解均匀黏性不可压缩流体的NaV1er—St0keS方程（N—S方程）,采用三阶精度二次迎风插值（OUICK）离散N—S方程,以降低求解过程的数值振荡。计算区域网格划分采用具有良好形状适应性的非结构化三角形网格,贴壁网格尺寸取为约0．0005倍的导线直径,网格尺寸在导线周围直径4倍于导线直径的圆形加密区内沿半径方向按照1．009的比例增大。计算结果表明,计算方法具有良好的计算精度,与试验结果吻合较好。新型低阻导线LP810导线的特殊截面设计,使得导线在高雷诺数时的分离点显著推后,降低了在高雷诺数时的阻力系数。     

叶表和端壁抽吸对跨音速压气机稳定性影响对比分析

以NASA Rotor35为研究对象,应用数值模拟手段深入分析了叶表和端壁不同位置抽吸对该压气机稳定性的影响效应。研究结果表明:叶表抽吸虽然使得压气机压比和效率有所升高,但使叶顶前缘脱体激波和间隙泄漏流强度的增加,导致两者相互作用引起的低能堵塞团尺度过早增长,压气机提前进入失速;端壁抽吸改善了转子顶部前缘激波结构,削弱了叶顶低能阻塞团中的高熵流体,改善了叶顶区域的流动,实现了压气机的扩稳效果,但对压气机压比和效率性能改善不明显。     

机群管理系统中作业对象数据复制算法研究

机群管理系统中节点的I/O负载过重以及系统的可扩展性是制约其效率的关键。通过使用作业对象的互复制以及基于快照的并发调度,可降低读/写操作的等待,同时也使各种操作在机群节点交替执行,提高了并行性。文中首先描述了作业对象的快照模型;给出了作业数据访问协议并实现了作业对象可扩展复制算法;最后对该算法进行了评价和分析。     

嵌入式软件系统界面可定制模型

针对嵌入式软件界面子系统的设计特点,介绍了进行嵌入式软件系统界面设计的可定制技术,并提出了一个界面可定制模型,首先阐述了界面可定制模型的设计原理、模型结构和实现技术;然后介绍了界面可模型在嵌入式软件系统界面子系统设计中的一个应用实例,实例证明,界面可定制技术在嵌入式软件系统设计中是可行和实用的。