大型超流氦低温系统中冷压缩机叶轮的设计和优化

随着超导加速器建设规模的扩大,为其提供低温环境的超流氦系统得到了广泛应用。国际上各大加速器实验室的大型超流氦系统大都使用冷压缩机作为负压低温氦气的增压设备,叶轮是冷压缩机的关键部件。采用CFturbo软件对叶轮进行设计计算,得到了冷压缩机叶轮的参数和三维模型。采用CFD软件对设计的叶轮性能进行模拟仿真,分析模拟结果及流场分布规律,探究叶轮性能随结构参数的变化关系,从而对叶轮进行优化。优化得到的叶轮模型仿真结果较好,叶轮性能满足设计要求。     

对旋风机级间流场涡量和噪声分布规律的分析

利用LES（大涡模拟）方法对一台对旋风机进行全流场非定常的模拟计算,获得风机内部流场的数值模拟数据。在对旋风机级间流场设置若干监测面,并在监测面的轮毂、流道和机壳位置分别设置监测点,并将对旋风机两级叶轮中间区域的涡量分布情况进行分析,研究对旋风机两级叶轮中间流场涡量分布的特点;利用FW-H噪声模型对对旋风机气动噪声分布情况进行模拟;研究涡量分布与风机噪声特性之间的关系。研究结果可为对旋风机气动噪声分析提供参考。     

大型空分设备用低温液体膨胀机内流及空化特性数值研究

针对大型内压缩空分流程,研制出一台低温液体膨胀机用于替代高压液体节流阀,以降低空分系统能耗。液体膨胀机内部空化流动会诱发转子振动,影响运行安全。文章将多相流模型与气泡动力学Rayleigh-Plesset模型相结合,研究了液体膨胀机低温空化特性。首先模拟了低温液氮水翼流动,利用实验数据验证了空化模型和数值方法。进一步将液体膨胀机蜗壳、可调喷嘴、叶轮以及扩压管作为整体进行建模,研究了液体膨胀机两相汽化的演变机理,探明了设计流量和非设计流量下膨胀机空化特性。     

离心泵叶轮内非定常流动的动态模态分解分析

为了精确分析离心泵叶轮内复杂的非稳态流动特性,基于泵内流动的大涡模拟(large eddy simulation, LES)数值计算结果,在设计工况及小流量工况下对叶轮内非定常相对速度场进行动态模态分解(dynamic modal decomposition, DMD),得到能够反映叶轮内复杂流动特征的前4阶主要模态及其相应的频率信息。分析结果表明：DMD方法能够有效识别叶轮内复杂流动的脉动频率,提取出相应的流场结构,将叶轮内复杂的流场特征分解为基本模态特征、反映叶轮流道内流动分离及不稳定涡结构的高阶动态模态特征;基本模态能够反映由流道几何形状引起的叶轮出口高速射流区与低速尾迹区及叶片背面流动分离区域。设计工况速度场2阶～4阶动态模态流场反映出叶轮内流动受蜗壳干扰在叶片背面产生的流动分离及不稳定涡结构脱落特征;小流量工况速度场动态模态表征了由于叶轮旋转及蜗壳干扰在流道内发生流动分离、失速等流场特征。通过DMD方法能够有效地对叶轮内重要流场结构进行低维近似,清楚地分析离心泵叶轮内复杂流场的非定常特性。     

低温透平膨胀机叶轮逆命题设计方法的研究

系统地提出了低温用透平膨胀叶轮跨盘盖子午面三维逆命题设计方法，首次将控制涡ｒＶθ（平均预旋）用于透平膨胀机的逆命题设计中，并将流线曲率法用于叶轮内部流场的计算。假定流体是无粘的、定常的，同时假定进口无旋。和正命题计算的结果比较表明，该方法所得叶片内部速度场分布明显优于正命题，叶型光滑，扭曲适度。     

Analysis on direct problem of S2 surface of helium turbine impeller by calling helium properties program

为了保证EAST大型低温系统的稳定运行,其核心部件氦透平膨胀机必须满足参数设计,利用流线曲率法对低温氦透平膨胀机T3叶轮流场进行计算.通过编程计算,得出T3叶轮子午面流场,分析得到进出口的参数压力和温度达到设计的要求.同时考虑到,T3叶轮进口参数处于高压、深低温区,此时工质氦不能看作理想气体,因此调用氦物性程序,使得结果更加符合实际情况.     

调用氦物性程序对透平膨胀机叶轮S_2流面正问题分析

为了保证EAST大型低温系统的稳定运行,其核心部件氦透平膨胀机必须满足参数设计,利用流线曲率法对低温氦透平膨胀机T3叶轮流场进行计算。通过编程计算,得出T3叶轮子午面流场,分析得到进出口的参数压力和温度达到设计的要求。同时考虑到,T3叶轮进口参数处于高压、深低温区,此时工质氦不能看作理想气体,因此调用氦物性程序,使得结果更加符合实际情况。     

带尾缘吹气的空心叶轮轴流式风机内部流动和气动噪声模拟

对带尾缘吹气的空心叶轮轴流式风机内部流动和气动噪声进行数值模拟计算,并从流动性能和噪声水平2个方面将之与原型风机进行对比分析。结果表明：两者的流动性能差别甚小,但在设计工况附近,空心叶轮风扇的气动噪声明显低于原型风扇。研究结果可为空心叶轮轴流式风机的设计、选型以及结构优化提供依据。     

大型空分装置用低温液体膨胀机内流及空化特性数值研究

针对大型内压缩流程,研制出了一台低温液体膨胀机用于替代高压液体节流阀,降低空分系统能耗。液体膨胀机内流会诱发转子振动,影响运行安全。本文将多相流模型与气泡动力学Rayleigh-Plesset模型相结合,研究了液体膨胀机空化特性。首先模拟了低温液氮水翼流动,利用实验数据验证了空化模型和数值方法。进一步将蜗壳、可调喷嘴、叶轮以及扩压管作为整体建模,研究了液体膨胀机两相气化的演变机理,探明了设计流量和非设计流量下膨胀机空化特性。     

超临界氦增压系统及试验研究

为了对超临界氦增压技术在运载火箭中的应用可行性进行验证,研究超临界氦增压系统设计参数的匹配特性,本文对比分析了不同增压方式的效率,开展了超临界氦增压系统试验.在试验中通过分析比对超临界氦增压系统的各项参数,获得了超临界氦增压系统的增压性能,同时验证了超临界氦的置换、预冷、加注等流程.试验表明,在适当的参数匹配条件下,超临界氦增压系统增压性能稳定,是一种具有较高效率和可靠性的液体火箭的增压方案.     

液氢温区冷氦增压系统试验研究

针对某型号火箭冷氦增压系统,建设了液氢温区冷氦增压系统试验平台,通过试验得到了冷氦气源压力和温度、冷氦加热器性能、模拟贮箱压力和温度的变化规律.结果表明:低温制冷机组配合高压低温换热贮罐可以真实模拟箭上的冷氦气源;根据对增压过程中贮箱压力的分析表明排气方式可以真实模拟箭上推进剂消耗过程中贮箱压力的变化情况;另外,试验中压力信号器、电磁阀和贮箱工作正常,验证了火箭冷氦增压系统的可靠性.     

离心真空泵的气动设计探讨

高效率真空泵的设计技术对于工业的节能具有重要意义。根据某真空泵的设计要求,针对真空泵的工作叶轮的形式和设计点参数,分析和探讨了叶片负荷分布形式和分流叶片弦向和周向位置对性能的影响规律,在此基础上完成了该离心真空泵的气动设计。利用三维数值模拟软件对不同叶片扩压器角度情况下的性能曲线和内部流动进行计算。充分考虑真空泵内部流动的非对称性,采用了全通道计算,同时分析了真空泵的离心叶轮、叶片扩压器及蜗壳内部的流动特点。结果表明,叶片负荷分布形式和分流叶片弦向和周向位置对流量、出口气流角和效率均有较大的影响;通过改变叶片扩压器角度使得离心真空泵的特性线平移,使得离心真空泵在整个工作过程中始终工作在高效率区,达到节能的目的。     

超临界氦增压与排放过程的压力温度特性

为了探讨超临界氦增压技术在中国运载火箭和航天器上实现的可行性,进行了超临界氦增压排放实验研究。分析了低温杜瓦内的超临界氦的热分层稳定性;讨论了温度计引线两端大温差引起热声振荡和漏热现象;此外,由于节流微分效应和换热器管壁轴向导热,换热器出口温度在排放过程出现大幅温度波动。实验结果证明超临界氦增压过程中增压压力平稳、可靠,压力容易控制。但后续改进实验中应消除换热器节流微分效应导致的出口温度波动,并且减小杜瓦以及支撑结构的漏热。     

基于前缘弧切叶片的多翼离心式通风机优化设计

为提高柜式空调机室内机多翼离心式通风机的气动性能,在叶轮前盘前缘处进行弧形切割,并使用FLUENT软件对多种弧切方案进行数值计算,结果表明:方案8对应的不等半径凹形弧切设计,能够使风机的出口流量和风速较原型机分别提高19.8 m~3/h和0.66 m/s,还能够有效改善叶片前后缘的流体流态,进而减少在叶道间的流动分离,并破坏集流器内侧与叶片顶端处的涡流,使经过加速后的气流尽可能多地向蜗壳出口运动,在一定程度上提高风机的气动性能。     

冷氦增压系统换热器换热性能研究

为研究各种流量工况下冷氦增压系统中换热器的换热性能和压力损失,开展了冷氦增压系统搭载发动机试验和数值仿真研究,研究结果表明通过换热器的冷氦气体流量增大,换热器的出口温度降低且对换热器压力损失增加,数值仿真结果与试验结果吻合较好,换热器性能试验研究为提升冷氦增压系统工作性能打下基础。     

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。     

多翼离心风机气动噪声计算与降噪设计研究

以船用空调通风系统中多翼离心式风机为对象,建立风机内部流体三维建模,采用CFD软件进行稳态与非稳态计算.将得到的风机内部流场结果导入LMS Virtual.Lab声学软件中进行噪声预估,同时与实验结果对比,验证风机气动噪声计算的准确性.根据分析得知,风机气动噪声主要噪声源位于叶轮处并且与其内部流场分布和自身结构密切相关...     

液体火箭冷氦增压系统低温试验研究

为研究液体火箭低温氦增压系统中电磁阀与孔板组合方式的增压性能和优化孔板的设计,开展了使用液氢温区的氦气作为增压介质的冷氦增压系统试验,并通过排放液氧模拟火箭贮箱内液氧的消耗.通过分析试验过程中增压氦气流量和贮箱压力的情况,获得了该增压方式对贮箱的增压性能.试验结果表明电磁阀与孔板组合能将贮箱压力维持在设计范围内,是一种简单、可行的液体火箭液氧贮箱增压方案.     

叶型改进对离心通风机内部气动激励影响机理的数值分析研究

叶片是离心通风机核心部件,为研究叶型改进对离心通风机振动的影响,对某型离心通风机进行气动激励的仿真计算;通过定常计算,发现叶型改进能够推迟流动分离,减小诱发振动的激励因素;通过非定常计算,发现叶型改进对离心通风机气动激励的影响主要体现在压力脉动的改善,尤其是叶频脉动的降低;用计算分析结果对通风机振动变化进行预估,样机试验结果表明,叶型改进能够降低叶频振动,同时也表明气动激励分析可为通风机低噪声改进效果提供判断依据。     

全工况下离心式制冷压缩机轴向力数值分析

离心压缩机广泛应用于商用空调系统中,气悬浮技术是离心式制冷压缩机重要发展方向之一,但需承载压缩机轴向力的气体轴承的承载能力较小.因此,以离心式制冷压缩机闭式叶轮为研究对象,采用数值方法对叶轮在全工况下的轴向力进行了模拟分析.研究结果表明:当压缩机运行于稳定工况范围时,叶轮轴向力随压比的增大而减小,随流量的减小而减小,但...