复合式离心泵叶轮短叶片偏置设计分析

建立了一个衡量离心泵叶轮短叶片偏置设计的准则：短叶片的布置位置应使叶轮流道内可能出现的回流区域为最小的原则．依此原则，文中以滑移理论为工具，实例分析计算了短叶片在不同偏置位置时叶轮内部的回流情况，进而得到了离心泵叶轮短叶片应偏置的最佳位置．该例的计算结果和从中所得结论与实测数据和结果完全吻合．     

具有前置诱导轮的低比转速复合叶轮的数值模拟

选用Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型分析诱导轮对复合叶轮内部流动的影响,采用Numeca软件对具有前置诱导轮及无诱导轮两种工况下的低比转速复合叶轮进行了数值模拟研究。对比分析结果表明:与无诱导轮的叶轮相比,前置诱导轮复合叶轮叶片进口前端和叶片流道间回流区域减小,叶片进口处压力增加,叶轮内部液体流动更加均匀并提高了叶轮的抗汽蚀性能,有效改善了叶轮的水力性能。     

离心泵部分负载下进口二次回流成因分析及验证

为探讨离心叶轮在部分负载下进口回流的成因以及其对离心泵运行的影响,应用理论分析与实验方法对强制涡压力分布特点、叶轮入口二次回流产生的原因进行分析,采用数值模拟方案对一比转速为66的泵进行数值计算,探讨在不同流量下叶轮进口速度与压力分布规律,对比叶片进口切割前后的泵外特性,分析入口回流对泵外特性的影响。结果表明:强制涡中压力随着半径增大按抛物线规律上升;二次回流产生的原因在于部分工况下旋转叶轮形成叶轮入口黏性流体的强制涡产生不同半径上的压力差,回流对消除流量扬程曲线的驼峰有积极作用。本文对离心泵部分负载下进口回流成因的探讨以及深入认识离心泵流动原理提供了一定的参考。     

风力机设计软件WTD1．0气动设计性能分析

为了研究分析风力发电机设计软件WTD1．0（一套基于考虑了流动三维气动效应数学模型的设计软件）的性能,选取一实际的风力机为计算模型。对WTD在叶轮功率计算、叶片的安装角分布、风轮的转速、叶片翼型弦长分布、叶片扭转角分布设计等方面的功能进行了计算分析,并对WTD在叶轮的启动力矩、多叶片（叶片数超过6片）叶轮的气动计算和设计的功能等进行了分析研究。通过计算分析,发现设计软件WTD1．0在叶轮功率计算、叶轮结构尺寸设计、叶轮启动力矩计算及多叶片叶轮计算设计方面均有较好的表现,并能正确地反映风力机叶轮的气动理论,在一定程度上提高了风力发电机的气动设计水平。     

基于能量梯度理论的回流器入口安装角对离心压缩机性能影响研究

利用定常的三维Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras(S-A)湍流模型,对不同回流器入口安装角的离心压缩机级性能进行了数值模拟;并利用能量梯度理论对不同入口安装角下的回流器内部的流动状况进行分析,得到每一种模型的能量梯度函数K的分布。结果表明:在设计工况下,回流器入口安装角在37°附近时多变效率和压比最高;通过对不同工况下的回流器进行能量梯度函数K值分析,发现回流器内流动最容易失稳的地方主要处于回流器叶片的尾部及出口位置,且相对其他流量工况,设计工况下回流器内的流动最稳定;分析不同入口安装角回流器沿轴向不同截面的K值分布,发现在37°~46°范围内的K值最小,回流器内的流动较为稳定;同一回流器中,越靠近轮盖位置,流动越容易出现不稳定。     

基于障碍物的轴流泵叶片空化控制

基于前期水翼云空化控制与轴流泵空化机理的研究成果，面向轴流泵叶片的空化控制，设计并列障碍物条放置于叶片吸力面特定位置. 采用数值模拟与水洞实验方法，研究障碍物的空化控制效果与机理. 结果表明，障碍物虽然对泵的水力效率造成一定影响，在设计点效率下降5.6%，但诱发的前部高压可以有效控制叶片前缘片状空化的产生与发展. 障碍物自身诱发了一定程度的剪切空化团，因与前缘空化产生机理与位置不同，剪切空化具备较强的抗扰动能力，能够有效抵抗来流干扰引起的空化不稳定性.     

沙水中轴流式水轮机的优化设计及其CAD系统

本文作者从流体动力学出发 ,依据多相流动理论 ,研究了轴流式水轮机过流部件中的沙水运动、泥沙磨损机理及流动特性 ,分析它们之间的关系 ,优化流道参数。并利用奇点分布法来设计轴流式水轮机转轮叶片 ,开发出了轴流水轮机的转轮叶片水力设计的CAD系统 ,给出一具体算例。     

多级离心式水泵中回流对汽蚀的影响

阐述了多级离心式水泵吸水叶轮在欠负荷运行时，回流对汽蚀的影响，并对在回流时发生在叶轮叶片上和第一级叶轮前吸水短管中的汽蚀现象、产生机理和影响因素进行了初步探索。     

超低水头轴流式水轮机反问题设计及水力特性研究

基于准三维的反问题设计方法,设计了可用于低水头可再生能源开发的超低水头轴流式水轮机的导叶和转轮叶片.导叶为等厚叶片,转轮叶片采用空化性能良好的NACA 66(MOD)翼型.设计中根据给定的进出口边环量分布及叶片表面载荷分布,在满足无撞击进口水流条件下,计算、调整叶片剖面翼型的拱度和安放角.为了验证设计方法的有效性,还对该轴流式水轮机进行了全流道的三维定常湍流计算.计算结果表明:流道内水流流动平顺,水力损失小,最高效率可以达到92.16%,且在较宽的水头变幅内,水轮机均具有良好的水力性能.     

沙水中轴流式水轮机的优化设计及其CAD系统

本文作者从流体动力学出发，依据多相流动理论，研究了轴流式水轮机过流部件中的沙水运动，泥沙磨损机理及流动特性，分析它们之间的关系，优化流道参数，并利用奇点分布法来设计轴流式水轮机转轮叶片，开发出了轴流水轮机的转轮叶片水力设计的CAD系统，给出一具体算例。     

弹用涡喷发动机离心压气机保形通道扩压器研制

对常见的楔形径流-轴向导流叶片组合形式的扩压器进行优化,设计出新型的带消旋叶片的扩压器,即保形通道扩压器。利用Ansys有限元分析软件的Fluid Dynamics模块进行了仿真分析,结果可见,这种扩压器消除了气流因急剧转弯而产生的回流、掺混现象,从而避免了较大的流动损失。     

混流式喷水推进泵三元设计及数值试验

为了快速、准确地设计出高质量喷水推进泵,采用三元反问题计算与正问题计算相互迭代的方法对某混流式喷水推进泵进行了设计.基于三元的方法对喷水推进泵叶轮进行设计,把叶轮内的三维流动分解为周向平均流动和周向脉动流动,周向平均流动方程直接由三维Euler方程作周向平均导出,周向脉动流动由Clebsch变换建立起控制方程;用置于叶片中心面上的涡来代替叶片对流场的作用,而叶片形状以满足流动边界条件迭代确定.用考虑流体粘性的雷诺时均方法(RANS)对所设计泵进行数值试验,计算结果表明:所设计泵在设计点效率达到90.5%,设计转速下喷泵NPSHr远小于设计指标,并且在较宽的流量范围内具有良好的水力性能,验证了设计方法的准确性和有效性.     

长短叶片半开式离心叶轮内部流动的数值模拟

为了分析分流叶片对于半开式离心叶轮内部流动的影响，对轴向间隙为1.1 mm的4长叶片和4长4短叶片的两种半开式低比转速高速离心叶轮进行了研究.采用S A湍流模型和雷诺时均N-S方程，对叶轮内部的流动进行了三维紊流数值计算和分析；并对离心泵进行了试验研究.数值计算结果表明，分流短叶片可以改善叶轮内部的流动；两个叶轮内部的静压力都由叶片进口到出口逐渐升高，等静压曲线几乎是沿圆周方向的；具有分流叶片的叶轮出口的压力系数较高.实验结果表明，具有分流叶片的叶轮离心泵的扬程和效率较高，说明分流叶片可以提高离心泵的性能.     

深海矿产矿浆泵矿石颗粒回流性能

针对深海采矿矿浆泵回流较差的问题,本文使用CFD-DEM方法,计算球形颗粒在某型矿浆泵单级和两级叶轮导叶内的回流,混合粒径颗粒回流以及非球形颗粒的回流情况。颗粒群在单级叶轮导叶回流时,由于不同导叶叶片与叶轮叶片之间的相对位置差异,不同导叶流道内颗粒群的回流情况不同;颗粒群的回流情况与叶轮导叶的形状有关,高比转速小包角叶片的设计更有利于颗粒回流。颗粒群在两级叶轮导叶内回流时,次级叶轮导叶内颗粒流动情况与单级基本相同,但首级不同导叶流道内的颗粒分布既受到首级叶轮导叶叶片相对位置的影响,还与首级导叶叶片和次级叶轮叶片的相对位置有关。混合粒径颗粒群的回流能力要弱于单一粒径,不同粒径颗粒在不同级叶轮导叶内通过时间也有所差异。相对于球形颗粒,非球形颗粒回流性能要差很多,增大了可回流矿浆泵的设计难度。     

水泵水轮机泵工况流动结构演变对驼峰特性的影响

为了揭示水泵水轮机在泵工况流动结构演变对特性曲线驼峰特性的影响,采用SAS湍流模型对多个工况点的流态进行全流道数值模拟,得到两者之间的关联性.结果表明,当水轮机在40%~80%最优流量运行时,导叶内发生旋转失速;当流量低于40%最优流量时,转轮进口产生的回流涡结构在尾水管边壁侧产生螺旋回流阻碍过流,并改变转轮叶道在空间上的过流能力,进而改变转轮出流特性;转轮出口下环侧流速降低,使导叶所有叶道均产生剧烈流动分离,导致旋转失速消失,并产生回流流入转轮.转轮进口回流涡结构的出现,改变了水轮机内的流动分离特性,使水头损失突然增大,产生驼峰特性.     

斜流式水轮机转轮叶片

本发明涉及一种斜流式水轮机转轮叶片，通过对斜流式水轮机的研究，采用系统设计，综合考虑水轮机性能指标与几何参数各特性间的影响，应用斜流式水轮机的设计方法和优化理论，对该叶片建立了合理的流动模型，利用准三元理论，通过对S1／S2流面进行迭代计算，设计制造出具有良好水力性能的斜流式水轮机转轮。     

离心式纸浆泵内部流动的数值模拟

为研究小流量工况下离心式纸浆泵内部流动特性,采用Mixture多相流模型对某一离心式纸浆泵内部流动进行三维不可压两相湍流流动计算,并与清水工况的计算结果进行了比较。对比分析了不同流量工况及介质对泵内流体速度、压力和体积浓度分布的影响,并预测了水力性能。结果显示:纸浆泵叶轮流道内速度变化不均,存在大面积回流;相同介质时,流量越小叶轮流道内部流动越不稳定;相同工况下,清水介质下的流动较两相流时更为稳定;两相流时泵的扬程及效率整体都低于清水介质;纸浆分布局部不均,叶片表面进口处叶根和叶顶部位浓度较大,易造成局部磨损,降低叶轮寿命。     

除湿槽对涡轮叶栅非平衡凝结流动的影响

为准确模拟汽轮机末级长叶片湿蒸汽流场,基于双流体模型开发了汽液两相非平衡凝结流动计算方法,对表面开设除湿槽的某汽轮机末级叶片进行数值研究,分析涡轮叶栅内不同除湿槽结构对非平衡凝结流动的影响及作用特点．结果表明,在叶片表面吸力面开设的除湿槽能有效降低叶栅喉部水滴成核率,从而降低相变引起的非平衡凝结损失,使叶栅出口的较大直径水滴数目显著减少;具有较大的来流进口宽度和引流结构的除湿槽结构,有利于提高湿蒸汽级长叶片表面的水膜抽吸效果．     

离心泵叶轮的优化设计模型

论述了以泵的能量损失最小为目标函数,以叶轮叶片出口宽度、出口角、直径、叶片数、进口直径、进口角、进口宽度为设计变量的泵叶轮的优化设计模型及优化计算方法．     

1.4L柴油涡轮增压器涡端流热耦合分析

涡轮增压器涡端气体的高速流动和换热问题具有一定的复杂性,准确计算涡轮增压器的内流场和外特性具有较重要意义.以一典型的柴油机涡轮增压器为原型,基于CFD流体动力学,进行涡端内部三维湍流和热场的耦合计算.通过3个膨胀比下的涡端内流场和温度场的对比,分析涡端透平在不同工况下的性能表现.研究结果表明:涡轮进口吸力面有明显漩涡存在,流动向工作面偏移,叶片进口位置对流动影响明显,在大膨胀比下更为显著;在叶片进口前端、进口低速区、叶片表面等位置出现局部高温区,沿流动方向和径向均有温度梯度存在,温度分布规律和速度变化规律一致;不同膨胀比下,叶片进口位置压力载荷变化较大,叶片其他位置载荷变化相对稳定.计算预测曲线与试验曲线较为吻合,研究结果能为涡端透平的优化设计提供参考.