背掠式离心转子设计中叶片涡分布对其性能影响的研究

基于“全可控涡”的思想,对小型高转速离心式压气机s2流面通流的气动设计计算方法进行了较深入的研究与分析,通过背掠式转子算例,将验算结果同原始数据作对比分析,验证了该方法的有效性;在此基础上,通过给定不同的叶片涡分布,计算分析了叶片涡对叶片相对速度的影响,以及对背掠式转子性能的影响,为通过叶片涡分布来比较好地控制叶片通道内子午面速度分布提供了一种有效的技术途径,可为进一步设计高性能背掠式转子提供参考依据。     

用可控涡理论设计后向离心通风机叶轮的试验研究

论述了可控涡设计后向离心通风机叶轮叶片型线的基本原理。根据设计要求确定了模型叶并对其风机气动性能测试。试验结果表明，通过合理确定气体涡分布规律来设计叶片型线是设计叶的有效方法之一。     

全可控涡分布对离心压缩机三元叶片性能影响研究

针对全可控涡三元叶轮设计方法中的全可控涡给定方法,给出2种不同的全可控涡分布给定方法,根据流线曲率法反命题编写三元叶片设计程序,并结合具体案例,分析比较不同全可控涡分布对离心压缩机三元叶片性能的影响。     

基于升力面和全自由涡尾迹的风力机气动模型及其参数影响

基于升力面理论,将风力机叶片简化为由分布在叶片中弧面上的一系列等强度涡格,并结合全自由涡尾迹理论,建立了一种新的风力机叶轮气动模型。该气动模型增加了对翼型弯度影响的考虑,并通过全自由涡尾迹得到尾迹的准确的诱导作用。使用该模型对Mexico风洞实验中的三种工况进行了数值计算,对比了叶轮推力、扭矩,及叶片载荷分布的实验和仿真结果。比较了尾迹圈速,初始涡核大小和相对总粘性系数在不同的取值情况下的计算结果,以研究模型中参数对计算结果的影响。通过与实验数据的对比发现,该模型的初始涡核大小的选择对计算结果有比较大的影响,在涡核较大时候会带来结果的大幅偏离,而相对总粘性系数的影响效果较小。因此在使用该模型的时候,需要在选择合适的参数范围内以获取较高的计算精度。     

轴流泵中泄漏涡空化的预测

讨论了轴流泵内叶尖间隙流与通流的相互作用。导出了泄漏涡空化指数与叶片几何参 流动参数的关系模型。用该模型得到的空化指数与实验结果一致，确定了最佳叶尖间隙。     

第二代涡识别方法在混流泵内部流场中的适用性分析

流体机械内部涡的产生会严重影响流体机械的内流场及外性能,速度、压力等传统方式并不能全面揭示流场真实的流动情况,而涡识别方法可以表征混流泵内部涡结构,识别涡的大小、位置和演变规律。采用大涡模拟对混流泵内部流场进行高精度数值模拟,由此获得不同涡识别方法(涡量、螺旋度方法、λ2准则和Q准则)在混流泵内流场中识别出的涡结构。结果表明:与涡量准则法相比,采用第二代涡识别方法更能获得详细的混流泵内部的涡结构。其中,Q准则能剔除绝大部分的剪切层影响,较其他涡识别方法更好地捕捉混流泵内部的涡结构,显示的涡大小更加精确。通过Q准则的识别,提取了混流泵叶轮流道内规则的通道涡,此类型涡结构均匀分布在各个流道,叶片叶顶泄漏涡结构清晰,摆脱了壁面剪切层的干扰;导叶叶片靠近轮毂处同样获取了规则的通道涡,通道涡均匀的分布在各个流道内,叶片尾缘脱落涡摆脱了壁面剪切层的干扰,可以看到清晰的涡结构。Q准则在第二代涡识别方法中脱颖而出,更适用于混流泵内流场的涡识别,在涡结构以及涡大小的显示方面都具有优势,可用于旋转机械内流场的分析。     

热流固耦合下增压器涡壳多目标优化

以某型增压器涡壳为研究对象,采用热流固耦合分析方法,建立涡壳热流固耦合的有限元模型,对增压器涡壳热结构进行分析,获得涡壳的热塑性应变分布,确定涡壳产生热结构破坏的部位,并与涡壳热循环试验结果相比较,验证了涡壳热流固耦合分析模型的正确性。选取涡壳三个危险部位的热塑性应变为优化目标,采用响应面方法,构建了以涡壳危险部位结构尺寸参数为设计变量,以增压器涡壳的热塑性应变为优化目标的结构优化近似模型,采用基于响应面方法和遗传算法的多目标优化方法获得涡壳最优结构参数组合,并通过了热流固耦合仿真的验证。涡壳三个危险部位的热塑性应变分别从原来的3.3%、3.2%、2.6%降为0.66%、0.8%、1.03%,表明该优化方法改善了涡壳的热结构强度,降低了涡壳产生热裂纹的风险,提高了涡壳的热结构稳定性与可靠性。     

防涡片集流器对多翼离心风机噪声性能的影响研究

本研究基于计算流体力学的方法设计了一种带有防涡片结构的新型集流器来降低多翼离心风机系统的噪声，分别详细分析了有、无防涡片的风机流场细节，通过噪声实验验证了防涡片改善噪声的可行性。研究结果表明，带有防涡片结构的集流器改善了风机的内部流动结构，使得剪切层远离叶片梢部。叶轮的主气流向叶轮根部移动，降低了滤网造成的气体扰流，叶片梢部的流场结构也趋于合理。噪声实验表明防涡片相较于集流器的防护网有更好的降噪效果。当防涡片安装在远离蜗舌的位置时，风机的最大噪声可降低1dB。     

“可控涡”方法在离心叶轮设计中的应用研究

采用流线曲率法求解S2流面反问题,为了考虑由于流体粘性损失造成的熵增,将Galvas的一维管流损失模型修改后应用于二维通流计算中并与主方程耦合求解,并编制了一套离心叶轮"可控涡"通流设计程序。为了探讨加入同等的欧拉功条件下不同环量分布方式对叶轮流场及性能的影响,以某给定设计目标的离心叶轮为研究对象,在满足后加载的前提下针对叶片尾缘附近环量的导数采取两种不同的分布方式进行通流设计,并进行了全三维粘性流动分析比较。结果表明:气流环量及环量沿流向的导数分别对叶片通道内的速度分布和叶片表面的载荷分布有着显著地影响。     

基于大涡模拟的风力机尾流特性研究

耦合大涡模拟(Large-Eddy Simulation,LES)与致动线方法(Actuator Line Method,ALM),对均匀入流下的水平轴风力机作数值模拟研究,探究三种亚格子(Subgrid-Scale,SGS)模型下风力机的尾流特性.结果 表明:雷诺应力与湍流切应力在叶尖涡与叶根涡区有明显的最大值与极大值,尾迹随下游位置的变化呈现出逐渐增大的各向同性;平均速度亏损比产生的湍流更持久.不同SGS模型在相同叶尖速比下得到的轴向速度干扰因子和速度环量沿叶片径向分布几乎相同.相同位置处的尾涡由不同强度的涡旋组成,能量较小的涡旋是尾涡组成中的主要部分;尾流发展的过程中,强度较大的涡集中在尾涡中心,强度较小的涡在尾涡外围分布.对于所使用的三种亚格子模型,能预测出相似的尾流效应,亚格子模型的选择对尾流的模拟影响较小;vSGS=0时,求解过程只有数值耗散,仍能获得很好的模拟结果.     

一种新的制造技术──无夹具制造

提出了无夹具制造的概念和“固定一寻位一加工”的制造模式。给出了实现无夹具制造的信息流模式。控制方法以及系统实现中关键问题的方案。介绍了试验系统及试验结果。理论分析与试验结果表明，所提出的无夹具制造技术是可行的。     

旋流风口的数值模拟与试验研究

旋流风口的形状较为复杂,其建模情况影响着室内流场和室内自净时间。为了研究旋流风口的入流条件对室内流场的影响,对真实和简化的旋流风口物理模型进行数值模拟,并对采用旋流风口送风时的室内温度分布和CO2浓度进行试验测试,从而验证旋流风口物理模型建模方法的正确性。研究结果表明,合理给出轴向速度和切向速度的简化物理模型,可以准确的模拟旋流风口的室内流场,这样就不用花费大量的计算资源去计算真实的物理模型。     

水平管内以叶轮起旋的螺旋流的数值模拟

采用RNG k-ε模型对水平管内以叶轮起旋的螺旋流的流动特性进行了数值模拟研究,通过试验验证了数学模型的准确性和可靠性。研究结果表明:叶片旋流器产生的旋流场,切向速度分布具有近似Rankine组合涡结构的特点,径向速度最大值达轴向速度的0.5倍。雷诺数对旋流强度影响较大,Re数越大,旋流强度越大,且旋流强度的衰减速率越小。强旋流使轴向逆压力梯度足够大而引发轴向回流,从而产生了中心回流区域;能够增加反应介质的滞留时间,提高气液两相的传质和传热效率,促进水合物浆体快速生成,保障管道安全输送。     

某ADSL宽带局端插箱的热分析——风机气流旋转角速度对模拟结果的影响

通过模拟仿真和试验测量,介绍了某ADSL宽带局端插箱散热仿真中风机的气流旋转角速度对于模拟结果正确性的影响,通过实验表明：风机的气流旋转角速度对于插箱各个槽位的风量分配有很大影响,气流旋转角速越大,各个槽位的风量分布越不均匀,最差槽位的风量越小.忽略风机气流旋转角速度可能造成元器件的温度模拟的重大偏差,在模拟中必须注意.     

Swirl effect on the flame propagation at idle in a spark ignition engine

The objectives of the study are to investigate the effect of swirl on the flame propagation and to propose a flame propagation model that predicts the behavior of the flame front in the presence of significant swirl flow field by analyzing flame images pictured with a high speed digital video at idle. The velocity distribution of the charge in the cylinder was measured using an LDV measurement system. From the experimental results and analyses, a new flame propagation model is proposed in which flame frontal locations can be traced by superposing the convective flow field and the uniform expansion speed of the burned gas, and the proposed model reveals that the increase of the flame propagation speed in the presence of swirl motion within 1 ms after ignition is mainly due to the flame stretch, and mainly due to increased turbulence intensity later than 1 ms after ignition.     

涡管分离器流场的数值模拟及试验研究

分析了湍流中的计算流体动力学ＣＦＤ模型。用介于ＡＳＭ和ＲＳＭ之间的一个混和模型，对涡管分离器中的流场进行了理论计算，得出了涡管分离器中的流场分布规律。然后用激光多普勒装置试验测试了分离器中的速度分布，揭示了在涡管分离器底部有强烈的方向向内的径向流动。这对涡管分离器的优化设计有着重要意义。     

基于z-θ流面的径流式叶片中弧线造型设计方法

提出一种基于z流面的径流式叶片中弧线造型设计方法。在子午流面中,定义径流式叶型中弧线径向半径沿轴向的变化规律;在z流面中,结合进出口的气流参数,定义叶型中弧线周向角沿轴向的变化规律;组合生成叶型的中弧线。利用Bézier曲线描述中弧线的子午型线和z流面型线,在升级算法和曲率优化的基础上保证了连接处的曲率连续。沿中弧线法线方向依据一定的厚度分布规律生成径流式叶型,并实现了含大小叶片离心式压气机的参数化造型设计。在设计空间中,以超拉丁方试验设计方法采样原始数据,在此基础上生成具有最小无偏估计的Kriging近似模型,基于此近似模型实现了气动优化设计,提高了离心式压气机的气动性能。     

Prediction of turbulent heat transfer in swirling flow downstream of an abrupt pipe expansion

Turbulent heat transfer characteristics in swirling flows downstream of an abrupt pipe expansion with a diameter ratio of 0.5 are predicted by full Reynolds stress model. The uniform heat flux condition is imposed on the downstream wall. The flows with weak and strong swirls as well as without swirl are computed. The governing differential equations are discretized by finite volume method. Results show that the Reynolds stress model predicts accurately the maximum local Nusselt number for the case with strong swirl, but that the effects of swirl are not fully accounted for the case with weak swirl.     

基于有限元的圆钢环缝旋流两段控冷过程温度场模拟

借助ANSYS有限元分析软件,进行了温度场模拟,并建立了圆钢温度场预报模型.研究了圆钢环缝旋流控冷过程的热边界条件,分析了4种情况下圆钢温度场的分布及其变化规律.结果表明,相比常规控冷圆钢的晶粒度有明显细化,获得了圆钢在环缝旋流两级控冷过程中的温度-时间历程曲线及其组织变化特点.模型的温度场数值模拟的结果与现场实验结果吻合良好.分析结果对于掌握圆钢的冷却规律、优化圆钢控冷工艺,以及开发新控制冷却技术具有实际指导意义.