燃料电池车用离心压缩机窄带啸叫噪声实验测试与分析

以某燃料电池车用离心压缩机为研究对象,测试并分析其在不同工况下的气动性能及气动噪声。试验结果表明:当离心压缩机工作在高效率的额定工况区时,进口处气动噪声最小,总声压级峰值出现在轻度喘振线附近;额定工况和阻塞工况的主要噪声源为旋转基频噪声;轻度喘振工况的主要噪声源为窄带啸叫噪声,其频率约为转频的3.9倍;深度喘振工况时550~2 000 Hz的宽频噪声明显上升;叶片通过频率噪声与流量无明显关系,且对总体噪声贡献量不大。应用商业软件CFX对轻度喘振工况下离心压缩机窄带啸叫噪声的产生机理进行分析。仿真结果表明:当离心压缩机流量低于额定流量时,进口冲角增大,导致主叶片、分流叶片前缘及扩压器内靠近轮罩面出现严重的二次流,叶片前缘和扩压器的同时失速是造成轻度喘振工况下窄带啸叫噪声的主要原因。     

利用稀疏盲源分离方法的叶片裂纹特征提取

叶轮是离心压缩机的核心部件,实现压缩机叶片裂纹早期故障识别在工业生产中具有非常重要的意义。有裂纹的叶片的异常振动会直接反映到流体的压力脉动中。然而实际中由叶片裂纹造成的异常振动非常小,使得压力脉动中的故障信息非常微弱,导致故障频率难以识别。先利用稀疏盲源分离方法对离心压缩机扩压器处的压力脉动信号进行处理,然后对分离的信号进行包络分析,最后提取出故障特征频率,实现了离心压缩机叶轮叶片裂纹故障检测,可以对叶轮状态进行长期实时监测。     

DH型离心空压机旋转失速故障诊断及治理

旋转失速是压缩机的常见故障 ,但诊断该故障时易和其他故障相混淆。本文从旋转失速的振动机理出发 ,归纳了旋转失速的故障识别特征。旋转失速的特征频率是成对出现的 ,随流量的减少而降低。该故障特征在现场诊断时得到验证 ,并成功应用于现场诊断     

轴流风机旋转叶片的气动噪声分析

针对某型轴流风机引起的气动噪声问题,建立该型轴流风机的三维模型,利用Lighthill声类比理论、FW-H声波波动方程和Fluent数值模拟,分析该轴流风机旋转叶片引起的气动噪声的噪声特性。数值模拟结果表明,旋转叶片上的静态压力主要集中在旋转方向前方的叶面上;而脉动压力则在叶片的两个面上均有分布,分布区域主要集中在叶片的外缘,这是由于叶片外缘脱落的旋涡引起的剧烈的气流震荡所导致。叶片上的气动噪声功率主要分布在叶片的外缘,其分布规律与脉动压力的分布规律有差异,表明旋转叶片的气动噪声并不完全由脉动压力产生。旋转叶片所诱发的气动噪声随着叶片转速和风机直径的增大而增大。     

子午流线转弯半径对半开式离心压缩机叶轮气动性能的影响

利用NUMECA软件Fine/Turbo模拟半开式离心压缩机叶轮内部的三维流动,并对两种子午流线转弯半径的叶轮进行了数值模拟.结果表明Fine/Turbo可有效模拟半开式离心压缩机叶轮的三维粘性流场;增大子午流线转弯半径可减小离心力,减弱间隙与子午流线共同作用的影响,明显减小叶轮出口气流的回流漩涡,改善叶轮出口气流的不均匀程度.     

旋转叶片-柔性机匣碰摩振动响应分析

以旋转叶片-柔性机匣为研究对象,基于ANSYS分析软件,考虑叶片旋转导致的离心刚化,旋转软化和科氏力效应,分别采用悬臂梁和圆柱壳来模拟叶片和柔性机匣,分析了碰摩导致的机匣及叶片振动,并与将机匣简化为集中质量点模型进行了对比。研究结果表明,考虑机匣柔性时能观察到由碰摩诱发的机匣节径振动,并且碰摩力和叶片振动响应相对于集中质量点模型均呈现出降低趋势。     

基于Floquet理论的旋转风机叶片动力失速气弹稳定性研究

研究旋转风力机叶片动力失速气弹稳定性问题。叶片结构采用标量化的挥舞和扭转自由度耦合的振动运动模型,旋转风机叶片的气动力由Beddoes-Leishman失速模型来模拟,通过攻角在深度失速区域内的变化来计算出周期时变的非线性气动失速负载。在系统静平衡点附近对非线性气弹系统进行线性化,采用Floquet理论分析旋转叶片动力失速气弹稳定性,其结果得到系统时域响的验证。通过数值分析,揭示了挥舞扭转固有频率比和结构阻尼对颤振边界的影响。     

基于气流激振的离心式压缩机管道破坏机理研究

大型石化压缩机组中,管道易产生气流激振作用下的疲劳破坏。本文从气流激振的产生与作用机理进行分析,研究管道疲劳破坏的主要来源-声共振。采用实验室的管道声腔进行仿真分析,应用LMS仿真软件有限元法对管道内部的声模态进行计算,获取其特征频率,并进行实验测试分析,当叶片的通过频率与管道声模态频率一致时将产生声共振,振动将明显增加,揭示了声共振造成的管道疲劳破坏机理。在此基础上,结合实际大型离心式压缩机组管道振动控制的实例,证明了此方法的有效性,为大型离心式压缩机组管道的高周疲劳破坏抑制提供依据。     

闭口单箱颤振的流场机理

应用粒子图像测试技术(PIV)测试了闭口单箱颤振过程中尾部风嘴附近的旋涡变化过程,采用相位平均的方法研究模型周期性振动与旋涡规律性演化之间的关系。当风速低于颤振临界风速时,模型尾部风嘴附近下侧的旋涡控制结构运动状态,结构振动幅度较小;当风速接近颤振临界风速时,尾部风嘴上侧的旋涡尺度明显增大并达到与下侧旋涡相匹配的程度时,结构振幅明显增加,尾部风嘴处上下侧旋涡的交替作用主导了结构的振动。结合计算流体动力学(CFD)的数值计算方法获得颤振时刻模型表面的压力场。通过对模型表面进行合理分区,并利用分块分析的思想研究了颤振过程中气流能量输入特点。分析结果表明振动中的模型通过迎风端风嘴从气流中吸收了大量的能量。在颤振临界风速下,一个完整的振动周期内气流输入到振动系统的能量不断增加,造成单箱的颤振多为结构稳定性的突然性丧失。     

叶片旋转噪声激励下旋涡风机壳体声辐射计算理论及分析

基于旋涡风机内螺旋形流动,采用面元法和螺旋桨尾流面建模法建立叶片表面气动载荷理论计算模型。根据FW-H方程所得的叶片旋转噪声结果对旋涡风机壳体进行简化,基于Fluegge薄壳理论和拉格朗日能量法建立了旋涡风机壳体动力学模型,并结合边界元法建立了壳体远场声辐射的理论计算模型。理论计算的壳体声辐射指向性表明,壳体声辐射主要是在风机的周向位置,与试验结果一致。且较商业软件仿真,采用该文理论方法的计算时间大幅减少。最后利用理论计算模型,探讨了叶片数、叶片厚度、叶片宽度和叶片弯角对叶片旋转噪声激励下壳体声辐射的影响规律:叶片数的增加使得声压级逐渐减小;叶片厚度的改变对平均声压级几乎没有影响;随着叶片宽度的增加,声压级先减小再增大;声压级随前向叶片弯角的增大而增大,随后向弯角的增加而减小。     

立磨选粉机操作参数对分级流场影响的数值模拟

采用离散相流体模型和RNG k-ε湍流模型,对涡轮式立磨选粉机内的气-固两相流场进行数值模拟,对比分析不同操作参数下的速度场、压力场和设备分级效率,获得转笼转速和系统风量对选粉机分级流场的影响规律,并进行相关的试验研究。结果表明,较低的转笼转速和过大的系统风量均会引起叶片间退行面处正漩涡的产生;转笼转速过高或系统风量较小时,分级叶片间的进入面处会出现反漩涡。正、反漩涡的产生均加剧了分级叶片间的速度波动,严重影响了分级流场的稳定性,同时也导致选粉机循环负荷的增加。综合数值模拟与试验分析,系统风量为5 500 m3/min与转笼转速为55 r/min是SMG5500型立磨选粉机的最佳参数匹配。     

跨音轴流风扇叶片气弹稳定性研究

基于弱耦合的能量法原理,对近失速工况下NASA 67跨音风扇叶片进行了气弹稳定性分析。本文发展的三维线性插值方法为CSD/CFD数据交换提供了基础。采用FLUENT动网格技术,实现了振动叶片绕流计算。数值模拟了NASA 67叶片前三阶模态振型激励下的非定常气动响应。通过分析叶片表面非定常气动力和振动位移之间的相位差发现：该相位差的存在决定了非定常气动力做功的正、负。由叶片表面非定常压力分析结果得出近失速工况下,叶片的气动弹性稳定性受叶片模态振型和激波的影响较为显著。     

汽轮机叶顶汽封泄漏涡诱导下的压力脉动研究

以某汽轮机级为研究对象,采用三维非定常数值模拟的方法,研究了动叶顶部汽封泄漏涡的涡动特性和泄漏涡影响下汽封腔室内的压力脉动规律。结果表明:叶顶汽封腔室内存在周向螺旋状涡与壁角涡组成的多尺度涡系,涡系的位置和影响范围会随时间经历复杂的变化。叶顶汽封腔室内的压力脉动频率中兼具叶轮旋转的周期性频率和溃散为小尺度涡结构后的高频率。间隙内的多尺度涡结构和动静叶间交替变化的压力场在汽封间隙内的传播是引起汽封腔室内周向压力不均的主要原因。     

Auslegung und Gestaltung von hochtourigen Kleinstverdichtern

Dimensioning and designing of highspeed small compressors In the medical engineering and within the range of the physical technology often low air and gas volume flow rates at low pressures of Δp = 10 kPa to 20 kPa are needed for the air supply and for heaters or coolers. Side channel compressors are suitable for it in a special way because side channel compressors are suitable for little volume flow rates and high pressure coefficients, i.e. for small diameter numbers and low speed numbers. Also strict requirements on dimensions, weight and the noise emitted are made to small compressors. These demands lead to high numbers of revolutions and to high blade rotation frequencies with the usual peripheral velocity of the impeller of u_a = 70 m/s to 80 m/s. With these moderate peripheral velocity there are no considerably high sound pressure levels, but higher blade rotation frequencies in comparison with large side channel compressors. The high frequency noises can be dammed by secondary active noise control measures more easily than low‐frequency noises which is a great advantage.     

基于转静干涉效应的压气机叶片气动载荷分析

转静叶排的相互作用会使压气机内部流场存在复杂的非定常性。为深入研究压气机叶片的气动载荷特性,以某型航空发动机压气机为研究对象,考虑叶排间的转静干涉效应,利用滑移网格技术对整个叶盘的三维流场展开模拟,求解干涉周期T_b内压气机转子内部的流动规律。同时对叶片气动载荷的非定常特性进行进一步分析,讨论了不同压比、转速对压气机叶片气动载荷的影响。结果表明叶片压力面和吸力面气动载荷波动峰值的主导频率皆为转静干涉频率f₀的倍频,其中一倍频（1×f₀）分量占主导地位。在干涉周期T_b内,叶片表面压力涡发生周期性的迁移与耗散,压力面和吸力面气动载荷的变化呈相反趋势。随着压比的增加,压气机叶片气动载荷逐渐增大,但其脉动幅值和频谱峰值基本不变。转速的升高使得转静干涉的频率增大,增强了压气机叶片气动载荷的非定常特性。研究结果能够应用于叶盘结构的气动优化设计,可为高性能航空发动机压气机的研制提供支持和参考。     

The possibilities of visualization in the case of simulation of air tornados

Video filming and various visualization methods are used to demonstrate the possibility of studying the dynamics of free concentrated vortexes generated under laboratory conditions over an underlying surface heated from below. The visualization of vortexes is accomplished by means of magnesia and smoke particles, as well as by using a plane light knife (laser knife). The emergence and development of internal space of free air vortexes (which is an analog of “storm eye”) are studied.     

风力机翼型在复合运动下的动态失速数值分析

现代大型风力机在工作时叶片经历大变形与振动,将会对其周围的动态流场产生影响,从而导致气动力的改变。因此有必要深入研究风力机翼型在复合运动情况下的动态失速气动特性,以正确预测大型风力机运行时的载荷。该文应用计算流体力学方法,对S809翼型在不同运动形式下的动态失速特性进行了二维数值分析。首先对翼型在作俯仰运动下的轻失速和深失速情况分别结合S-A、SST k-ω和RSM三种湍流模型进行了动态失速数值模拟,结果表明S-A、SST k-ω和RSM三种湍流模型都能有效地计算出翼型的气动力。然后采用SST k-ω模型仿真了翼型在挥舞运动、俯仰摆振耦合运动下的动态失速气动特性,并与相同工况条件下翼型作俯仰运动时的气动特性进行了对比分析。发现翼型在挥舞运动下的动态失速虽然弱于俯仰运动,但其强度不容忽视;而翼型在作俯仰与摆振耦合运动时比单纯作俯仰运动时的失速程度更深。因此在风力机设计阶段为获得保守的气动载荷预测,有必要将叶片截面在挥舞与摆振方向的运动转换成等效攻角,叠加在主攻角上进行动态失速气动力计算。     

薄膜运动速度对夹带气体流场特性的影响

目的研究不同运动速度下薄膜和导向辊之间夹带气体的流场特性。方法分析薄膜和导向辊的运动特点及它们之间夹带气体的形成机理,完成夹带气体流场的理论建模。对运动薄膜和导向辊之间夹带气体的流场进行数值模拟,结合工程实际情况分析讨论流场特性随薄膜运动速度的变化规律。结果随着薄膜运动速度的增加,空气夹带量随之增加,楔形入口区域内流体的流动速度分布范围变大,在包角出口区域流体流出的速度增加,流程变大。结论薄膜运动速度是影响夹带气体流场特性的主要因素,夹带气体在入口区域形成局部涡流,涡流会导致流体运动状态不稳定,进而引起薄膜产生振动。     

The possibility of influencing vortex atmospheric formations

Video filming is used to investigate the possibility of influencing the characteristics of free concentrated vortexes generated under laboratory conditions over a heated underlying surface. The method of influencing consists in arranging obstacles in the form of vertical nets of different geometries in the path of air vortex.     

风机叶片噪声模型建立及应用

运用运动声源产生声场的特点,建立风机叶片噪声模型,经验证是正确的,得出叶片中影响风机噪声的主要因素是转速、叶片数、安装角、曲率半径等。控制风机噪声重点应该放在风机设计上,采取降低圆周速度、倾斜叶片、增加曲率半径等措施,从源头上控制噪声会取得较好效果。