压气机转子叶片附面层抽吸的参数化研究

通过数值求解三维粘性雷诺时均Navier-Stokes 方程,详细研究了非设计工况下不同抽吸位置、抽吸流量和抽吸孔数目对跨音速压气机转子性能的影响,揭示了抽吸流与流动分离和激波结构的相互关系.研究结果表明:合理的抽吸能够有效控制激波的发生位置,改变流道中激波结构,延迟由于激波造成的流动分离.抽吸流量直接决定了压气机转子的性能,抽吸作用使得附面层内低能流体被移除,主流更加贴近叶片表面,从而增加了吸力面附近流体的动能,提高了流道内的通流能力,同时也能有效消除分离区内复杂的旋涡结构.     

跨音速离心压缩机叶轮分流叶片的数值研究

利用三维数值模拟的方法对一跨音速离心压缩机进行了气动设计优化分析,研究了变叶片数和分流叶片结构对叶轮以及级性能的影响.结果表明:在固定叶片数下,不同长度的分流叶片在小流量下性能差距不大,但是在大流量工况下,带有长分流叶片的叶轮性能迅速下降;不应该简单地选择长叶片的截短作为分流叶片,分流叶片的型线优化同样有必要,也应该引起足够的重视;对本文算例,通过对不同叶片数、不同分流叶片形式的研究,最终确定18~20为最佳叶片范围,其整体性能优于原设计.     

径向间隙及叶片型线对液环泵性能影响的分析

采用欧拉气液两相流动模型对液环真空泵内部三维非稳态气液两相流动进行数值模拟,通过数值模拟研究叶轮与壳体间的径向间隙及叶片型线对液环泵性能的影响,分析了液环泵内液相能量转换的规律,分析了前弯、后弯及直叶片不同叶片型线液环泵性能曲线,分析了叶轮径向间隙对液环泵性能的影响。数值模拟结果表明后弯叶片、径向直叶片和前弯叶片下液环泵的极限真空度和最大流量依次递增;随着叶轮径向间隙的减小,液环泵的极限真空度和最大流量逐渐增大。为液环泵的性能优化研究提供了理论依据。     

燃气喷嘴出口二维形状参数优化设计

国内外对燃气流道几何形状优化的研究还比较少,而生产企业一般通过尝试得到参数,缺乏理论依据.对燃气喷嘴出口处气体流动就是先采用二维模型进行的有限元模拟,给出出口处通道内流体的二维数学描述及数值处理方法,并采用四边形结构网格,考核了网格数和时间步长,对不同内部流道型线的喷嘴气体流动进行数值模拟.可以得到,对于窄矩形喷嘴,进口处的形状对流场运动的分布有较大的影响,轴对称收缩喷嘴的收缩角大小主要影响气流出口附近的流动,对流动具有不同的阻滞效果.     

余热锅炉型喷射式制冷系统的工作特性试验研究

为了提高能源利用率,以喷射式制冷系统为载体对锅炉余热加以利用,并用试验方法对系统性能受运行变量的影响进行研究,从喷射器内流体流动机制上对试验结果进行分析,旨在为实现系统最佳运行环境确定、喷射器结构的最优化设计提供试验依据。试验结果显示:喷射系数和机械COP随发生温度的升高呈现先增加后减小的变化趋势,并与喷嘴喉部内径呈负相关,与蒸发温度、喷射器喉部直径呈正相关;此外,当冷凝温度小于某一值时,喷射系数受冷凝温度的影响很小,而当冷凝温度超过某一值时,喷射系数急剧降低;喷射系数随混合段喉部与喷嘴喉部面积比AR的增加而增大,可从喷射器结构参数对流体流动机制的影响进行解释。     

扩压器稠度对离心压缩机性能影响的数值分析

通过CFD手段,比较了几个不同稠度的叶片扩压器性能与内部流场损失分布,分析了稠度的变化对叶片扩压器喉部流动产生的影响,并对叶片扩压器通过减小叶片数和减小叶片弦长来改变稠度的两种不同方法进行分析,发现通过减小叶片数的方法能够获得较好的压缩机性能。     

柴油机喷油嘴的结构改进及三维流场数值模拟

喷油嘴头部细微的结构变化会对内部的流动状态产生显著的影响,进而影响到油束雾化性能。通过CFD软件对STD(Standard)标准型、VCO(Valve Closed Orifice)无压力室型及IMP(IM-PROVED)改进型的多孔喷嘴进行了三维流场数值模拟,通过对比分析得出改进型喷嘴在低油速率下获得相对好的喷雾性能,综合特性优于标准型和无压力室型的喷嘴。     

两段式喷嘴淹没空化射流流场数值模拟

为了研究两段式喷嘴结构对空化射流效果的影响,建立了两段式喷嘴的数学模型与物理模型,对两段式喷嘴进行了模拟。以蒸汽气相体积分数为判断空化效果的主要依据,分析了第一喉部直径、第二喉部直径和连接处直径对两段式喷嘴空化性能的影响,并与角形喷嘴进行对比研究。结果表明：两段式喷嘴的结构参数对空化效果产生显著的影响。空化程度随着第一喉部直径的增加先增强后减弱;第二喉部直径取值越小,空化程度越高,空化程度随着第二喉部直径的增加先增加后减小;随着连接处直径的增大,空化效果逐渐增强。但当连接处的直径大于4 mm时,连接处直径取值对空化效果几乎没有影响;当两段式喷嘴的第一喉部直径为1.5 mm,第二喉部直径为1.0 mm,连接处直径为4 mm时,具有良好的空化效果。     

蜗壳喉部面积对离心泵非定常特性的影响

为研究蜗壳喉部面积对离心泵非定常特性的影响,针对同一离心泵叶轮,设计匹配4种不同喉部面积的蜗壳,并采用数值计算方法对泵内流非定常流动进行计算。结合面积比原理,分析了喉部面积对泵性能、径向力以及压力脉动的影响规律。结果表明:喉部面积对离心泵水力性能影响显著,设计工况下,随着喉部面积的减小,扬程和效率逐渐降低;受喉部面积影响,不同工况叶轮所受径向力大小不同且具有极小值,但极小值所对应的工况点有所不同;合理的喉部面积能有效降低泵内的压力脉动水平,随着喉部面积减小,泵内压力脉动水平增加,而当增加喉部面积时,压力脉动水平降低。通过分析蜗壳不同喉部面积对离心泵性能的影响,可为低噪声离心泵面积比设计提供参考。     

离心油泵叶片型线对性能影响的实验研究

以65Y60型离心油泵为研究对象，研究了不同液体粘度下叶片型线对泵性能的影响。首先，利用本课题组独立开发的准三元叶片设计程序以反问题方式设计了两种型线，这两种型线叶片的前半部分与原来一元叶轮叶片的型线不同，后半部分与一元叶轮相同。然后在不同粘度下将三个叶轮进行性能对比实验，研究表明，叶片进口附近的型线的改变对泵性能有一定影响，适当增大叶轮后盖板流面上的叶片流体动力负荷有助提高离心油泵输送粘油时的水力性能。     

二维超音速喷管设计仿真研究

采用特征线理论设计二维超音速喷管型线,目的是产生超声速气流,用于开展和超声速流动相关的实验研究。采用采用维托辛斯基曲线经验公式对喷管收缩段进行设计,分别采用圆弧加直线和Folsch解析法对扩张初始段和终止段进行设计,得到位流曲线,再结合附面层影响进行修正,最后运用Fluent软件进行仿真验证型线,结果表明喷管出口流速达到了设计马赫数要求且流场较为均匀。     

打磨修理对跨声速压气机性能的影响研究

为了控制航空发动机压气机叶片损伤继续发展,通常采用孔探打磨进行修理。为研究其带来的影响,选取跨声速压气机Rotor37为研究对象,构建了不同叶高的叶片前缘打磨修理模型,采用数值模拟方法,研究了打磨修理对跨声速压气机气动性能的影响,结果表明:叶片前缘打磨修理使压气机整体性能下降,压比减小,效率降低,使堵塞点流量减小,而对失速流量点基本没有影响;不同叶高的打磨修理中心对压气机气动性能影响趋势一致影响幅度相当,但打磨叶高的不同造成压气机内部流场变化;叶片前缘打磨后,打磨处激波前马赫数增加,激波强度增大,影响效果随着叶高的增加而增加;压气机进口因为叶片打磨而造成相对动能在叶片打磨处附近降低。     

混流式喷水推进器空化性能数值分析

基于RANS方程,结合切应力输运湍流模型计算某混流式喷水推进器无空化状态时的流体动力性能。与厂商提供的数据对比表明,建立的数值模型和计算方法是可信的。在此基础上,嵌入基于Rayleigh-Plesset方程的混合物均相流空化模型,对空化条件时该喷水推进器流体动力性能进行数值计算与分析。计算得到的功率、推力等宏观量与厂商提供的数据吻合较好。计算得到空化发生时的临界进口速比值。计算结果表明,喷水推进器叶轮发生空化时,泵的流量、扬程明显降低,进而引起推力下降;在等功率条件下,随着进口速比的降低,喷水推进器叶轮空化程度越来越严重;进水流道空化的发生较喷泵叶轮空化滞后,喷口部分仅产生空间空化,较叶轮空化提前,而固壁上不产生空化;数值计算结果还证明空化限制线即为等汽蚀比转速线,且空化限制线1、2、3对应的汽蚀比转速分别约为1 280、1 390和1 580。     

A computational analysis of unsteady transonic/supersonic flows over backward facing step in air jet nozzle

A transonic/supersonic axisymmetric backward facing step nozzle flow in an air-jet loom has been analyzed numerically by using a time accurate characteristic based upwind flux difference splitting compressible Navier-Stokes method. The unsteady pressure and Mach number behavior along the center line of the main nozzle were analyzed by periodic inlet condition changes to simulate the intermittent flow inside main nozzle of an air-jet loom.     

微束流高速电弧喷涂枪的设计

针对普通电弧喷涂和高速电弧喷涂进气压力高、耗能大、噪音高和涂层金属氧化严重的不足,以及针对精细喷涂的要求,采用空气动力学理论模型分析、计算了进气压力、喷管喉部直径、扩张比等参数对喷管出口气流速度分布、气体流量等的影响,结果表明在可以实现气体高速流动的前提下,减小喉部尺寸和降低进气压力是降低压缩空气消耗量的有效途径。在此基础上初步设计了微束流高速电弧喷涂枪的结构。     

等离子体发生器的数值模拟方法

根据流体质量、动量及能量守恒方程和麦克斯韦方程组建立等离子体发生器的数学模型,包含一部分钨极以避免对阴极电流密度分布的假设,根据平均有效粘性系数与动力粘性系数之比判断等离子电弧所处的流动状态,用ANSYS有限元分析软件进行求解,得到不同类型的等离子体发生器所产生的等离子电弧的温度和速度分布,研究喷嘴尺寸、电极形状和等离子电弧类型等对等离子电弧特性的影响。结果表明,大孔道比的喷嘴产生的电弧温度更高,速度更大,孔道比甚至会改变等离子电弧的流动状态;与锥形电极的电弧在电极端部取得温度最大值不同,球形电极的电弧在约束喷嘴端口处得到温度最大值;转移型电弧比非转移型电弧具有更高的温度和速度。研究结果对等离子体发生器的数值模拟法研制具有重要的参考意义。     

高压水除鳞喷嘴结构参数对喷嘴射流性能的影响

为了进一步研究高压水除鳞喷嘴的射流性能,优化喷嘴的结构参数,选取出口扩张角、锥孔深度、入口收缩角作为参考因素,以喷射角和射流流量作为评价指标,对喷嘴各参考因素对射流性能的影响进行了仿真分析。结合正交试验的方法,对喷嘴各结构参数及其交互作用对其性能影响的显著性及重要性次序进行分析,获得最优的参数组合并对其进行了实验验证。结果表明：出口扩张角的增大会使喷射角减小但会使射流流量增加,锥孔深度的增加可以较为全面地提升喷嘴的射流性能,收缩角的增大会使得喷嘴的射流性能减弱,喷嘴的除鳞效果变差;3个参考因素中锥孔深度是对射流性能影响最大的因素;当出口扩张角为80°、锥孔深度为8 mm、入口收缩角为65°时喷嘴的射流性能最优。通过将参数优化后的喷嘴的实验结果与原始喷嘴的实验结果对比发现,优化后喷嘴的喷射角由原始值35.7°提升至44.1°,射流流量的大小由原始值10.17 L/min提升至28.3 L/min。     

Non-equilibrium condensation process of water vapor in moist air expansion through a sonic nozzle

Non-equilibrium vapor condensation phenomenon through a sonic nozzle is very complicated and closely related to the flow measurement of the sonic nozzle. The gas–liquid two-phase flow Eulerian models for homogeneous and heterogeneous nucleation of moist gas in transonic nozzle flow were built to investigate the effect of vapor condensation on the mass flow rate of the sonic nozzle. Grid independence was achieved by using a solution-adaptive refinement. The CFD models were carefully validated by published experimental data and analytical results. It was shown that the flow rate of the sonic nozzle is affected by both homogeneous and heterogeneous nucleation. In comparison with the experimental data, the effects of vapor condensation on the mass flow rate of the sonic nozzle were obtained. Besides, experiments on periodic, unsteady condensation flow in the sonic nozzle were also reported. This unsteady flow will also affect the flow rate of the sonic nozzle. The results of experiments accorded well with simulations and semi-empirical formula. All the results can be used to further analyze the effect of unsteady flow induced by vapor condensation on the flow rate of the sonic nozzle.     

二维超音速喷管型线设计仿真研究

采用计算软件FLUENT,对四种经典收缩段型线下的流场特性进行数值模拟,为选择超声速风洞收缩段的型线提供依据。基于特征线理论,利用解析法完成超音速喷管膨胀段型线设计,通过分析总压恢复系数及均匀度等流场参数,确定型线膨胀角角度及喷管长度。结果表明,收缩段型线选用双三次曲线,膨胀角度3.5°的情况下,超音速喷管出口达到了设计要求马赫数,并获得了较好的气流品质。