后掠式轴流泵内部流场的二维PIV试验研究

以一后掠角为60°的后掠式轴流泵为研究对象,采用PIV技术对其内部流场进行测量,得到了0.8Qopt,1.0Qopt,1.2Qopt3个工况下叶轮在一个流道周期的12个拍摄截面上的速度场。发现在0.8Qopt工况下,经过后掠叶片的流体具有明显的径向流动趋势,流量越小径向流动趋势越明显。叶轮内流体在后掠叶片进口边和转轮端壁区容易出现低速区域,并且流量越小低速区域越大;在靠近轮缘附近,叶片进口边压力面上的流体会向吸力面流动,流量越小该现象越明显。研究结果对掌握不同型式叶片的轴流泵内部流动特性具有重要的理论指导作用。     

后掠风力机叶片非定常气弹耦合模型与响应分析

后掠叶片外展段后掠,弹性轴与扭转轴分离,致使叶片非线性变形显著,气流沿叶片展向流动和气弹耦合特性增强。为精确分析后掠叶片的结构与气动之间的耦合关系,采用螺旋尾涡升力线模型结合修正的B-L动态失速模型,并计及积叠线瞬时变形对诱导速度的影响,计算非定常气动载荷;叶片结构部分通过超级单元将后掠叶片离散成多体系统,借鉴成熟的多体递归建模技术,实现转动叶片的高效组装与数值求解。通过模拟NREL 5 MW直叶片的稳态响应,验证计算模型的有效性与精度;然后分析5 MW后掠叶片,在变桨距和不变桨距情况下的非定常气动响应。数值仿真结果表明,该模型能有效地模拟后掠叶片非线性变形和非定常气动特性,能为新型降载增效后掠叶片的气动性能、疲劳载荷谱分析与结构优化设计提供有效数值分析方法。     

低噪声风力机叶片气动外形优化设计

针对目前兆瓦级风力机叶片噪声污染问题,基于动量叶素理论及叶片噪声计算模型,提出在给定工况条件下,以功率系数与噪声的最大比值为目标函数,以影响叶片气动噪声性能的弦长及扭角为设计变量,建立了低噪声风力机叶片优化设计数学模型。对某实际2.3MW风力机叶片进行优化设计,并与噪声实验数据对比,结果表明：在主要频率域范围内,叶片噪声预测值与实验数据较吻合;相比原叶片,新叶片具有更低的噪声特性,噪声声压级降低了约7.1%,同时风轮功率系数略有增大,从而验证了该设计方法的可行性。     

亚音速离心叶轮分流叶片前缘掠形性能分析

在保证叶轮其它参数不变的情况下,设计了7种不同分流叶片前缘掠角,分别为-15°、-10°、-5°、0°、5°、10°、15°,利用ANSYS CFX软件对其进行数值模拟,并对数值方法进行实验验证,来分析分流叶片前缘掠对亚音速离心压气机气动性能的影响;研究结果表明:相比不掠而言,分流叶片前缘后掠使效率、压比降低,失速裕度和稳定工作裕度增加,分流叶片前缘前掠使效率、压比增加,失速裕度和稳定工作裕度减小;后掠增大堵塞流量,加大其叶片上载荷,而前掠减小堵塞流量和其叶片上载荷,并随角度的改变而相应的发生改变。     

风力机叶片气动外形设计和三维实体建模研究

针对大型风电机组叶片最佳设计攻角、升力系数呈非线性变化问题,基于叶素-动量理论,通过Wilson设计法,对1.2MW风电机组叶片的气动外进行了设计形.并在此基础上提出了风力机叶片的三维建模方法,即利用点的坐标转换理论来计算叶片各截面翼型的空间实际坐标,然后运用Pro/ENGINEER的三维曲面功能来对叶片进行三维实体建模.     

基于Matlab的风机叶片气动外形的设计及优化

风机叶片的气动特性直接影响机组效率,运用Wilson算法对20 kW的风机叶片进行气动外形参数的计算,应用Matlab软件的非线性约束最优化函数fmincon对叶片各叶素的弦长和扭角进行优化迭代计算和四次多项式拟合,将叶根处的弦长和扭角进行插值计算,对叶片各叶素的弦长和扭角进行优化和修正。通过一个实例验证叶片气动参数优化的正确性,提高叶片设计的精度和效率。并将所设计的叶片应用于实际生产中,取得良好的经济效率。     

变后掠翼导弹气动特性仿真分析

随着世界军事技术的迅猛发展,将变体技术应用于导弹设计,使之具有更强的飞行适应能力变得尤为重要。变后掠翼是满足变体导弹飞行特点的重要手段,通过改变气动布局,使导弹具有适应低速、亚声速、跨声速和超声速飞行状态的能力。文中参考“战斧”导弹外形特点,建立了变后掠翼导弹模型,并用计算流体动力学软件对5组不同后掠角导弹模型进行了研究,对比分析了不同速度下的气动特性。通过对变后掠翼导弹的仿真计算,总结了8组马赫数对应的升阻比随后掠角的变化规律,给出了不同飞行条件下应采用的后掠角方案,为今后变体导弹的气动外形设计提供参考。     

风力机叶片气动外形与主机运行特性耦合优化设计

在叶片的优化设计中,叶片的气动外形与风力机主机的稳态运行特性存在耦合设计关系,一方面叶片的外形形状决定主机的稳态运行特性;另一方面对不同外形形状的风力机叶片应设计与之相匹配的风轮转速、叶片桨矩角等主机稳态控制策略,进而才能准确的计算和提高叶片在低风速条件下的气动性能。基于高阶贝塞尔曲线和粒子群算法构建了叶片气动外形的优化设计模型,在最大叶根弯矩和风轮推力的约束条件下,以年发电量最大为目标对某1.5MW叶片进行了优化设计。结果表明,提出的优化设计方法可实现风力机叶片气动外形和稳态运行特性的一体化优化设计,提高了风力机在低于额定风速下的气动性能,研究方法可运用于低风速超低风速风力机叶片的设计中。     

风力机叶片气动外形优化设计综述

近年来,可再生能源发展很快,包括太阳能、风能、水能等,其中风力机是风能发电的主要形式。风力机通过叶片的转动将风能转化为机械能,故叶片对风的捕获能力是风能利用效率的重要影响因素,这涉及风力机叶片空气动力学问题,而叶片气动外形设计对其气动效率有着至关重要的作用。首先介绍了风力机空气动力学理论和气动计算模型,它们是气动设计的基础,然后分别介绍了传统的气动外形优化设计方法和现代优化设计方法。指出了风力机叶片设计的多学科、多目标发展趋势,以及开发风力机设计软件的迫切需要。     

掠射式镜面莫尔轮廓法

提出了镜面莫尔轮廓法的掠射式观察方式,推导出掠射式镜面莫尔轮廓法的条纹计算公式并用实验加以证实。利用本文提出的方法检验单晶硅片与平镜面,可以在全场获得微米级的灵敏度。依此原理设计和制造的仪器,具有结构简单、造价低廉的特点。最后提供了拍摄镜面薄片的实验照片。     

大型风力机叶片气动外形及其运行特性设计优化

大型风力机叶片气动外形设计时,不仅应考虑气动外形参数的优化,还应该考虑参数优化后的运行特性,才能为风力机实际控制提供依据。为此,提出一种叶片气动外形及其运行特性设计优化方法。该方法首先建立叶片翼型分布、弦长分布和扭角分布等气动外形参数控制方程,基于叶素-动量理论分析各参数变化对风轮功率的影响。在满足额定功率条件下,以减小所需额定风速为目标进行优化求解,求解过程中考虑初始桨距角的影响。针对优化后的风轮,设计了风轮转矩-转速关系曲线,分析了风轮运行特性。最后,采用计算流体动力学方法佐证了设计结果的正确性。     

对转压气机三维掠动叶优化设计

为探索三维掠动叶降低对转压气机二次流损失的潜力,进一步提高对转压气机气动性能,基于近似函数与遗传算法,针对某对转压气机双排转子在整机环境下进行三维掠动叶优化设计,并对优化前后流场进行对比分析。优化成功的得到了双排“S”形掠动叶,结果表明:三维掠动叶有效改善了双排动叶吸力面径向二次流,减小了吸力面低速区,提高了对转压气机性能,优化工况点整机效率提高0.6%,全工况范围内效率均有所提高;三维掠动叶提高对转压气机效率的根本原因是其对径向负荷分配的重新调整,将叶展下方流动较差区域负荷移至叶展上方,改善流场的同时保证对转压气机负荷不变。      

轴流压缩机亚音速叶片的三维气动优化设计

以某单级轴流压缩机亚音速叶片为研究对象,运用Numeca中的全三维优化设计平台Design 3D,采用了三维N-S方程流场计算、网格自动生成、人工神经网络与遗传算法寻优相结合的方法对其进行了三维叶片型线优化设计。通过流场分析,优化效果显著。     

级环境下斜流压气机叶片扩压器气动优化设计

以某斜流压气机的叶片扩压器为研究对象,采用人工神经网络和遗传算法相结合对其进行气动优化设计.优化后,斜流级总压比提高了3.85％,效率提高了2.07％.叶片扩压器静压恢复系数和总压恢复系数也分别大幅提高至0.7和0.95的水平.与原方案相比,扩压器叶片最大负荷点从10％弦长后移至25％弦长.扩压器叶栅通道靠近机匣区域的...     

离心风机叶轮叶片气动优化研究

利用NUMECA软件对一离心风机的孤立叶轮进行气动优化研究,将原始叶片的叶型中弧线进行优化,以提高叶轮的绝热效率。共进行了3种不同方式的优化,采用单一变量法对不同优化方式的优化效果进行了比较分析。优化后,绝热效率都有不同程度的提高,有效地削弱了流动分离,减小了流动损失,流况得到不同程度的改善,表明以数值气动优化来提高叶片气动性能的方法是有效的。不同优化方式的优化效果不同,表明参数化方式以及优化工况点的选取对优化效果有重要影响。     

高速列车头型气动外形关键结构参数优化设计*

降低列车运行阻力和气动噪声是提升高速列车速度能力和环境适应性的有效手段。针对气动阻力、气动噪声这两项优化目标,利用Isight软件建立了集参数化驱动建模、计算网格划分、气动计算、优化分析等步骤的高速列车新头型气动性能自动优化设计流程,运用基于多目标遗传算法NSGA-II的优化设计方法,对鼻尖高度、排障器前端伸缩量、转向架区域挡板倾角等关键设计变量进行了优化设计以及与气动阻力和气动噪声的相关性分析,在此基础上提出了综合性能较佳的新头型气动外形。通过计算结果可知,① 鼻尖高度对整车阻力和头车表面最大声功率均为正相关关系;② 转向架区域隔墙倾角对整车阻力和头车表面最大声功率影响的相关性最大;③ 通过优化转向架区域隔墙倾角可有效降低该处气动噪声的表面声功率。     

风力机叶片气动载荷的优化研究

为了研究垂直轴风力机的叶片气动性能,利用流固耦合法模拟了垂直轴风力机在实际工况下的气动载荷分析,模拟结果表明,由于翼型后部较薄,受到的变形应力最大。为了避免因叶片变形而引起风力机整体气动性能下降,提出了通过加大翼型后部厚度的方案来提高叶片的强度,并通过数值模拟对改进后的翼型做了气动性能分析,得出了适当的增加翼型后部厚度,并不会对翼型气动性能造成太大的影响,验证了此方案的有效性。这些研究结论为今后垂直轴风力机的设计制造提供了一定的参考依据。     

基于遗传算法的叶型气动优化设计

运用B-Spline开发了实现叶型吸力面、压力面型线与中弧线、厚度分布规律相互转化的程序,开发了可交互定义中弧线、厚度分布规律进而用于设计叶型的程序,并开发了基于遗传算法的叶型气动优化设计平台.进行了优化设计算例校验,验证了气动优化平台的可用性.     

涡轮增压压气机叶轮的气动优化设计

以某型涡轮增压压气机为研究对象,采用逆向工程技术中的三维扫描的方法反求压气机叶轮,建立叶轮的几何模型,在此基础上,对叶轮几何型线进行参数化拟合,进而以效率和压比为优化目标,利用人工神经网络和遗传算法对叶轮进行气动优化设计。结果表明:优化后,叶轮的气动性能得到很大提高,在优化点叶轮的效率比原模型提高了2.01%,压比比原模型提高了0.12,综合稳定裕度也提高了。