叶轮叶片数目对双通道海流能发电装置的影响

双通道海流能发电设备可将海水的双向流动转化为叶轮的单向旋转。针对该通道结构,利用Fluent 6.3软件MRF模型进行二维数值计算,分析叶片数目分别为4、6、8时,转动角度在5°~90°时,通道内流体的速度和压力分布,研究叶轮叶片数目和转动角度对通过发电设备的海水流量和设备的输出功率等性能参数的影响。计算结果表明,在一个性能参数变化周期内,随着叶轮转动角度的增加,通过设备的流量和发电设备的输出功率随之先增后减。随着叶轮叶片的数目增加,该设备的流量和发电设备的输出功率最大值峰值减小。     

一种近岸波浪能发电装置及数值计算

一种近岸波浪能发电设备,其特有的双通道结构可将海水的双向流动转化为叶轮的单向旋转。针对该通道结构,利用Fluent 6.3软件MRF模型进行了二维数值计算,分析了4个叶片转过不同角度时,通道内流体的速度和压力分布,研究了通过发电设备的水流量和设备的压力输出功率,并进而研究了叶轮叶片转过角度对波浪能利用性能的影响。计算结果表明,当叶轮转动角度较小时,叶轮区间压差明显,通过设备的流量较少。随着叶轮转动角度增加,叶轮间压差先减小,然后增加;与之相对应,通过设备的流量及输出功率先增加,然后逐渐减小。     

基于内部流场分析的离心风机改型设计

本文以某型离心风机为基础,依靠数值模拟的方法,基于对风机内部流场的分析,对其进行优化改型设计。主要分为三个方面：其一,将叶轮的直叶片改型为前掠正弯叶片,控制端区低能流体堆积,抑止叶栅流道分离流动的发生;其二,根据弯掠优化得到的叶轮设计改型风机机壳,以适应弯掠叶轮的出口气动条件;并根据弯掠叶轮与改型机壳内部流动的分析,对叶轮采取根切的优化方法,保持风机全压和流量在合理的大小。得到的优化设计风机,在保持全压和流量基本与原型相等的条件下,效率提高5%以上。     

可调向心涡轮蜗壳流动周向非均匀性的研究

针对某可调向心涡轮增压器,基于蜗壳流动周向非均匀性的分布规律,提出采用改进喷嘴座连接臂结构和非均匀布置可调导叶的设计方案,以降低涡轮级各部分的流动损失,提高涡轮效率.结果表明:改型后涡轮工作在发动机标定功率工况对应相似转速条件下效率相对提高值最大为5.18%,,发动机最大转矩工况对应相似转速条件下效率相对提高值最大为3.57%,;改型后蜗壳出口气流角变得更加均匀,蜗壳出口气流角与导叶开度角相接近,减小了喷嘴环区域的流动损失,解释了改型前、后涡轮效率提高的原因;改型后各叶轮流道流量的周向非均匀性明显降低,各叶轮叶片负荷周向分布更加均匀.证明改型方案对提高涡轮效率,降低叶片振动,延长涡轮有效使用寿命具有积极的影响.     

叶片转动角度对百叶窗浓缩器性能的影响

利用百叶窗浓缩器实验系统研究了5级叶片的转动角度对其性能参数(浓淡风比、阻力损失系数和平均浓缩率)的影响。通过对各级叶片转动不同角度实验结果的分析,得出了其性能参数随叶片转动角度改变的变化情况;在各级叶片转角中,阻力系数最大的工况为5级叶片全部为30°;浓淡风比最大的工况是第一级～第四级叶片角度为30°,第五级叶片为20°;浓缩率最大的工况为5级叶片全部为30°。     

周向弯曲方向对NACA65翼型轴流叶轮叶顶间隙流动影响

本研究采用三维气动设计方法设计了具有NACA65-810翼型的直叶轮、周向前弯和周向后弯叶轮,并采用计算流体力学软件模拟其气动性能,分析了压力峰值工况和设计工况下3个叶轮叶顶泄漏流和泄漏涡的空间发展和叶顶间隙部分静压损失以及熵分布。结果表明:直叶轮引入周向前弯后,叶顶泄漏流的卷吸能力降低,泄漏涡起源位置向远离叶片前缘的方向迁移,泄漏涡涡心径向高度得到了保持,降低了叶顶泄漏涡与主流的干涉作用;引入周向后弯后,泄漏流的卷吸能力增强,泄漏涡的起源位置向靠近叶片前缘的方向迁移,远离叶片前缘的涡心径向高度显著降低,涡核下游弥散范围扩大,增强了叶顶泄漏流与主流的干涉作用,不利于降低叶顶泄漏损失。     

高海拔条件下压气机结构优化及其对柴油机性能的影响

基于二级可调增压柴油机高海拔性能试验,采用计算流体力学(CFD)和柴油机工作过程计算方法,开展高海拔条件下压气机叶轮结构优化及其对柴油机性能影响的研究.研究结果表明:海拔5 500 m,压气机叶轮主叶片及分流叶片前缘前掠6.27°、分流叶片向主叶片压力面偏折12.09°,压气机叶轮流道内流动损失明显降低,出口处流动稳定性提高,压比、效率及流量范围分别提高4.16%、2.63%及6.58%;压气机叶轮优化后,二级可调增压柴油机中低转速燃烧过程得到明显改善,滞燃期和燃烧持续期缩短;柴油机1 200 r/min全负荷工况最高燃烧压力升高9.53%,累计放热量提高8.78%,转矩提高5.82%,燃油消耗率降低4.42%.     

叶片的周向前弯角度对低压轴流风扇叶顶泄漏流场的影响

基于4个具有不同周向前弯角度叶片(前弯1.27°,6.1°,8.3°,12°)的低压轴流风扇,对叶顶泄漏流场进行了实验和数值模拟.利用雷诺平均N-S方程组加S-A一方程湍流模型对叶轮在稳定工况点处进行了三维粘性流场的数值计算,分析了叶顶处叶片表面压力的轴向分布,计算结果表明:随着叶片周向前弯角度的增加,叶顶泄漏涡的初始位置逐渐向叶片后缘移动.利用粒子图像测速仪(PIV)系统对叶轮的叶顶泄漏流场进行了实验测量,清晰地展示叶顶泄漏涡的发展过程,结果显示:随着叶片周向前弯角度的增加,叶顶泄漏涡的轴向位移"先减小后增大",周向位移"先增大后减小".     

自然样条型弯叶片生成方法及其在冷却风扇中的应用

提出了一种基于自然样条思想的弯叶片生成方法,推导了其积迭线的解析表达式.通过控制"弯度"参数可获得不同角度的弯叶片.将该弯叶片生成方法运用于某型冷却风扇,通过数值模拟研究了叶片各种弯曲形式对风扇气动性能的影响.结果表明:叶片前弯能有效抑制叶顶旋涡,降低叶顶区域的能量损失,扩大叶轮稳定工况范围;圆弧型弯叶片的风压略大于自然样条型弯叶片,但后者对降低叶顶区域能量损失更具明显优势.     

单级离心压气机气动性能预测与优化设计

为了提升低转速工况下压气机的气动性能,采用人工神经网络与遗传算法相结合的优化方法对某单级离心压气机离心叶轮的弯特性进行优化计算。利用NUMECA软件对该离心压气机进行了不同转速的数值模拟,得到压气机不同工况下的气动性能。通过设置不同控制参数和曲线形式对离心叶轮叶片进行参数化拟合,以8个改变叶片弯特性的参数为自由参数进行了叶型优化设计,最终得到了优化后的叶轮叶片。结果表明:优化后在低转速的设计工况下离心压气机压比增加了4.69%,稳定裕度拓宽了17.41%。     

预弯对10MW级风力机叶片气动特性的影响

为分析预弯处理对10 MW级风力机叶片气动特性的影响,以DTU 10 MW风力机为例,采用CFD数值模拟方法,研究均匀来流不同风速下风力机的输出功率,并与BEM计算结果进行对比。同时,对比分析直叶片和预弯叶片风力机的功率特性、沿展向出力分布、沿展向不同截面翼型的流动特性。研究结果表明,直叶片各截面翼型的压力差较预弯叶片的大,做功能力较强。预弯通过对叶片的三维流动产生扰动,进而影响风力机的输出功率,且主要体现在叶片展向70%~90%的位置。研究成果可为风力机叶片气动性能的设计与优化提供参考。     

叶片后弯角对车用离心压气机性能的影响

对比分析了6种不同转速下压气机性能的试验与仿真结果.在验证了ANSYS CFX软件用于压气机性能模拟分析中的可靠性后,采用数值模拟方法对3种不同叶片后弯角的叶轮进行了性能计算,得到了相关转速下的压气机特性曲线.仿真结果表明:在不改变压气机出口静压时,在一定的叶片出口角范围内,叶片后弯角的增加使两条特性曲线均向小流量方向偏移,但近喘振点边界得到了拓展,使得压气机的流量范围变得更宽;在小流量区域内,叶片后弯角的增大能够改善压气机内部流动状况,提高叶轮工作效率;而在大流量区域内,较大的叶片后弯角会使叶轮的流通特性降低,叶轮的工作效率反而会降低;适当增加叶片后弯角可以增大压气机工作范围,使压气机效率和流道内的流动均得到提高和改善.     

新型四导叶可变翼波浪能发电装置水动力性能研究

首先,建立三维数值波浪水槽,确定可变翼装置达到最优转动效果时导叶的最大张开角度;然后,在波浪水槽中进行试验考察波浪作用下可变翼装置的转动特点;最后,比较不同波浪条件下装置的转速,并总结影响转速的主要因素。通过数值模拟及试验研究发现:1)导叶最大张开角度达到39?时,装置达到最优的转动效果;2)波浪作用过程中可变翼装置的转速不稳定、波谷时刻叶轮位置处水质点的速度小于0.232 m/s时装置会出现间歇性停转;3)波高过小、周期过大、模型入水过深都会降低模型的旋转速度。     

扩散型风力机叶片的优化设计

基于叶素-动量理论和简单的扩散器效率计算方法,建立了一种用于低风速场景的扩散型风力机模型,该模型包含了风力机来流风速、叶轮平面处风速、扩散器出口风速、尾流风速、风力机叶片荷载、叶素参数及风能利用系数之间的关联关系。针对某型号扩散型风力机,利用该模型开展了叶片结构参数的优化设计,并通过Fluent软件对优化设计前、后的风力机流场进行了仿真模拟分析。分析结果显示：在额定工况下,优化设计前、后扩散型风力机的叶尖速度、叶轮转矩、风能利用系数都得到一定程度的提升。以期该研究结果可为小尺寸低风速风电机组的叶片设计提供可行方向。     

叶片弯曲对跨音速涡轮叶栅流场的影响

对均匀加载叶型所构成的直叶栅及不同弯角所构成的弯叶栅流场进行了数值模拟。研究了弯叶片作用下型面压力分布、马赫数等值线及叶片表面压力分布的改变,同时考察了叶片弯曲对马蹄涡及通道涡生成位置的影响。叶片正变后有助于减少端壁处的横向压力梯度,削弱端壁二次流动;另外叶片正弯后会使马蹄涡起始分离点位置向流道中间偏移,促使通道涡提早发生。本文所选用的差分格式为具有ＴＶＤ性质的三阶精度的Ｇｏｄｕｎｏｖ格式,湍流模型为修正后的Ｂ－Ｌ代数模型。     

叶片进口边位置对小流量工况下离心泵空化特性的影响

为研究叶片进口位置对小流量工况下离心泵空化性能的影响,应用数值计算方法模拟了比转数为81的离心泵的三种模型,得到不同进口边位置的离心泵空化特性,并分析了叶轮内部流场与空化性能曲线的影响关系。结果表明,在小流量工况下,低比转速离心泵叶片进口边位置越靠前,抗空化性能较好,但严重空化后扬程衰减更快,流道直接被空泡堵塞,流道和叶片表面气泡分布较均匀,且气泡充斥流道速度较快,气泡体积分数各流道差值越小。相比较而言,叶片进口位置越靠后,气泡在流道内部和叶片背面分布不均匀,易出现噪声和振动,但在断裂空化状态,气泡并未完全堵塞流道,扬程下降速度较慢。整体来看,在小流量工况下,叶片进口边位置越靠前,离心泵的抗空化性能较好,并通过试验研究验证了模拟结果的可靠性。研究成果可为小流量工况下低比转速离心泵抗空化性能的优化提供参考。     

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.     

基于流固耦合的离心式压气机叶轮叶片仿真研究

以某型离心式压气机叶轮为研究对象,利用ANSYS工程软件对叶轮进行单向流固耦合数值模拟。在综合考虑热载荷对叶轮叶片应力应变影响的前提下,建立叶轮单流道的三维流场模型,得到额定转速下压气机叶轮内部流场应力分布。将离心力、气动力和热载荷施加到叶片上,最终得到在离心力、气动力和热载荷三者共同作用下的叶片应力分布和叶片最大变形量。结果显示:相比仅考虑离心力和气动力影响的情况,在施加热载荷后,叶片最大应力增加7.62%,最大变形量增加24.69%。     

叶轮倒角尺度对大流量离心压缩机气动和疲劳寿命的影响分析

为了分析不同倒角尺度对压缩机气动性能及疲劳寿命的影响,首先在控制离心叶轮主要结构参数不变的前提下,通过调整叶片根部及顶部倒角尺度得到一系列设计模型,其次通过数值模拟方法对不同设计模型的离心压缩机整级进行全三维稳态模拟并在设计转速下对离心叶轮进行强度计算,最后联合估算法及材料曲线计算叶轮部件疲劳寿命。结果表明：与倒角半径相比,倒角角度对气动性能的影响更加显著,在大流量点倒角角度造成等熵效率减小幅度达5%左右,总压比减小幅度达0.07左右;与倒角角度相比,倒角半径更有利于减小应力值;选取经验参数对不同倒角尺度的离心叶轮进行估算得到的疲劳寿命值与实验值偏差最大为3%,最小仅为0.09%。     

正弯叶片降低叶栅内部损失的数值模拟

计算了直叶片及正弯叶片流场,计算结果表明叶片正弯曲在流道内,尤其是吸力面表面建立起“Ｃ”型静压分布,抑制了径向二次流动;而横向压力梯度的减弱将有利于减少横向流动损失。通过对涡量等值线的分析表明,正弯叶片栅中的马蹄涡及通道涡的尺度及强度均较直叶片中的小,而由能量损失系数分布图可知,采用正弯叶片可以降低叶栅内部流场中的能量损失。