压气机平面叶栅试验台中尾板调节的数值研究

针对压气机平面叶栅试验台中尾板影响叶栅出口流场周期性的特征,以包含高亚音静子叶栅的全尺寸叶栅试验台为研究对象,数值研究了尾板长度和角度改变时叶栅出口流场的周期性变化情况。结果表明：相同叶栅进出口压比情况下,尾板越长,叶栅进口马赫数越高;在高亚音马赫数进口情况下,不同进气攻角下的压气机叶栅流场在不同尾板长度下都保持较好的周期性;在较低亚音马赫数进口情况下,选取较长尾板并进行角度调节有利于改进不同攻角下叶栅流场的周期性。     

正/反弯曲对高负荷压气机叶栅流场影响机理

弯曲叶片是改善压气机近端壁流动的有效技术手段之一。为探索叶片弯曲对高负荷压气机叶栅流场的影响机理,在初始高负荷直列叶栅的基础上,设计了不同正/反弯曲水平的叶栅,并采用数值模拟方法对系列叶栅进行研究。研究发现:叶片正弯曲形成了中间静压低、两端静压高的"C"形静压分布,可有效改善压气机叶栅近端壁流场,显著抑制角区分离,使得端壁区域扩压能力提高;正弯曲可增大叶展中部区域负荷,恶化叶中流场,增大流动分离;叶片反弯曲形成了中间静压高、两端静压低的反"C"形静压分布,可显著恶化近端壁区流场,角区分离区增大,端壁区域扩压能力降低,叶中流场有所改善。     

涡轮叶栅通道中的流动显示

在大尺寸低速叶栅传热风洞中对一种高压涡轮导向叶栅的流场进行了流动显示实验研究。分别采用线簇和小球浮动法对五个雷诺数下的叶栅端壁区三维流场、叶片表面和端壁表面的流动进行了显示。实验结果表明 :涡轮叶栅中有强烈的二次流动 ,并存在复杂的涡系 ;三维流动区约占叶栅通道的 40 % ;雷诺数的增大将增强端壁区的三维流动。流场显示图片说明 :叶片吸力面靠近端壁有角涡形成与发展 ,并存在一个三角形区域 ;流场显示的通道涡大小与流场测量结果吻合。本文的实验结果可用于分析端壁表面和叶片表面换热特性的形成机理     

大膨胀比局部进气涡轮叶栅流场数值模拟研究

为探究局部进气对涡轮叶栅内部流场的影响机理,本文针对某大膨胀比涡轮叶栅,采用数值模拟方法,对局部进气条件下涡轮叶栅内部流场开展了详细的研究与分析,并研究了不同的出口马赫数与来流攻角下局部进气涡轮叶栅内部流动规律和机理.结果表明:局部进气导致涡轮叶栅中马赫数分布发生变化,在涡轮叶栅进口出现高马赫数区域和弓形激波,进口气流...     

端壁附面层抽吸对扩压叶栅变冲角性能影响研究

本文以跨声速扩压叶栅为研究对象,采用数值模拟方法,研究了附面层抽吸对扩压静叶叶栅角区分离流动控制效果和机理。为探究不同抽吸方案对叶栅角区分离的影响以及对叶栅变冲角性能影响,在上端壁处开设流向槽进行抽吸。结果表明附面层抽吸能有效降低叶栅流动损失,提高附面层动能,避免低能流体过早分离,减小角区损失。随冲角增大,叶栅通道内二次流流动加剧,角区分离严重且分离提前。附面层抽吸能控制端壁低能流体向吸力面迁移的能力,明显改善静叶叶栅气动性能。     

带端导叶平面叶栅流动结构与性能的数值研究

以NACA65叶型为基础,构造出平面叶栅端导叶的流动分析模型,研究了在不同间隙尺寸条件下等宽度端导叶的安装位置对叶栅性能的作用.计算结果表明,端导叶在叶片吸力面侧安装时,叶栅性能最佳.其次,对应某一个端导叶条件,存在一个最佳的间隙大小.     

叶尖小翼调控压气机叶栅间隙流场结构的试验研究*

在低速条件下,对叶尖不同位置安装小翼的压气机叶栅流场进行试验研究。通过端壁静压孔对上端壁流场进行测量,叶栅出口流场利用五孔气动探针测量,细致分析不同安装方式叶尖小翼对压气机叶栅叶尖端区流场结构、气动损失和通流能力的影响。结果表明,不同安装方式的叶尖小翼对压气机叶栅间隙流场影响不同。与无叶尖小翼的常规叶栅相比,吸力面小翼使得叶栅损失降低的同时带来了流动堵塞的降低,压力面小翼使得叶栅损失和流动堵塞同时增加,组合小翼在降低叶栅损失的同时有效降低了叶栅的流动堵塞,改善了叶栅的通流能力。通过与常规叶栅叶尖区域流场结构的详细对比分析,对不同安装方式的叶尖小翼的影响机理做出解释。     

非轴对称端壁造型对叶片端壁综合传热特性的影响

结合双控制型线端壁造型方法,建立了带有槽缝射流和非轴对称端壁造型的燃气透平叶片端壁的数值研究模型。在验证数值方法正确性的基础上,开展了不同非轴对称端壁设计对叶片端壁综合传热性能影响的研究。结果表明,不同的非轴对称端壁造型会对所研究的大转折角叶片的二次流结构产生不同的影响。在叶栅通道前部造型会降低槽缝射流对端壁前部的气膜冷却作用,而叶栅通道后部的端壁造型能够有效提高整个端壁的气膜冷却作用。对传热特性而言,在叶栅通道前部进行端壁造型能够有效降低通道前部的端壁传热强度,在端壁后部造型可以减小通道中后部的端壁传热强度。综合考虑冷却和传热特性,在叶栅通道后部进行非轴对称端壁造型能够有效提高端壁的综合传热性能,降低热负荷,更加有利于叶片端壁的热防护。     

主/被动流动联合控制技术对高负荷扩压叶栅流场结构及损失的影响*

为精简附面层抽吸结构、提升吸附式压气机的工程应用性,提出将串列叶栅技术与端壁附面层抽吸技术相结合的主/被动流动联合控制技术。以某多级高负荷吸附式压气机末级静子作为研究对象,借助数值模拟的方法,探讨串列叶栅技术、端壁附面层抽吸技术以及主/被动流动联合控制技术对原型扩压叶栅内部流场结构及气动损失的影响。研究结果表明,主/被动流动联合控制技术结合了两种流动控制技术的优势,对原型高负荷扩压叶栅内部复杂流动的控制效果明显优于单一流动控制技术,通过应用更少的附面层抽吸量,有效地抑制了角区失速的促发,缓解了二维叶型分离流动,叶栅出口参数沿展向分布更为均匀,当端壁附面层抽吸总量为进口流量的0.90%时,总压损失降低了59%。     

大转角超低展弦比扩压叶栅流场数值模拟及分析

大转角、超低展弦比叶栅在工程中,多应用于离心压气机轴流扩压器部分,该叶栅上下端壁附面层影响严重,通常存在流动分离现象。通过NUMECA软件对7种叶型叶栅的流场进行数值模拟,分析了各个叶型叶栅在相同进口条件下的不同性能参数,归纳了其原因,找到了性能最好的叶型,得出的结论是叶根到叶尖全部前加载叶型性能最好。     

One-pitch passage designed inversely with a single blade for cascade experiments

A linear cascade experimental apparatus often consists of only a few cascade blades. Advantages to this experimental arrangement are increased by the use of larger cascade blades, a lower mass flow rate, a corresponding decrease in required power, and easier optical access within the cascade passage. However, fewer cascade blades in the cascade row make it difficult to establish periodic flow conditions between blades compared to infinite cascade model experiments. Generally, removing fluid from the cascade walls or adjusting tailboards located downstream of the cascade are common methods to establish periodic flow conditions through the cascade blades. In this study, a passage for cascade experiments is designed to satisfy infinite cascade flow conditions without any flow control or tailboards. A one-pitch at cascade row is adopted as its width and only a single cascade blade is installed within the passage. The surface isentropic Mach number distribution on the blade is chosen for the existence of infinite cascade flow conditions, and 14 geometric design variables related to the passage shape are applied to the design of a one-pitch passage by using a genetic algorithm. Flow structures within a passage designed using a genetic algorithm match with those obtained with the infinite cascade flow condition. Computed results obtained with a single cascade blade show that infinite cascade flow conditions can be obtained by modifying only the passage walls of the cascade experimental apparatus.     

近距离淹没冲击射流动态流场特性

近距离下淹没冲击射流具有重要的应用前景,但有关其动态流场特性的研究尚不充分。利用粒子图像测速技术(Particle image velocimetry,PIV)对冲击距离为H/D=1时的动态流场特性进行测量,研究雷诺数Re和喷嘴端面轮廓(壁面约束)对间隙内旋涡生成的影响,并对试验数据进行涡量分析与本征正交分解方法(Proper orthogonal decomposition,POD)分析。结果表明,雷诺数Re对不同喷嘴端面轮廓(壁面约束)的旋涡生成和迁移影响规律不同。雷诺数对直角型喷嘴的双涡环模式流态影响较小,但对圆角型喷嘴卷吸流态影响较大,且随雷诺数的增大流场出现动态对称涡旋,该对称涡旋逐渐向间隙外迁移且呈现出明显的周期性变化特征。涡量分析得到时均场的涡量大小与分布情况,通过与POD分析中瞬态场的含能大尺度结构分布相结合,揭示间隙外涡旋能量的来源与变化规律。通过前4阶瞬态脉动速度场重构,可以从微观时间尺度进一步说明瞬态速度场的突变性与周期性。研究成果将有助于加深对冲击射流本质的理解。     

串列叶栅扩压器第一列叶片出口角对性能的影响

将串列叶栅设计思想应用于100kW微型燃机离心压气机扩压器上。深入研究了串列叶栅扩压器第一列叶片出口角对其性能的影响。通过多方案的对比研究,获得了对应相对最优性能的第一列叶片的安装角方案。即当第一列叶片偏向第二列叶片吸力面0.8＆#176;,出口角为31.5＆#176;时,由于第一列叶片出口与第二列叶片进口径向重叠区域形成恰当的渐缩型通道,此时扩压器的扩压速度比（DVR）最小,流道内流动均匀,二次流动损失最小,多变效率、压比和总压恢复系数都达到最高。     

不同叶片包角的离心泵试验与数值模拟

在离心泵叶轮的基本外尺寸(叶轮内外半径、叶轮进出口宽度、叶片进出口安放角及叶片数)和设计转速相同的情况下,采用三次曲线对叶片进行造型。设计叶片包角分别为59°、75°和91°的三副离心叶轮C1、C2、C3,其中叶轮C1与传统的单圆弧叶型非常接近。三副叶轮的同台试验结果显示,叶轮C2的最高效率比叶轮C1、C3的效率高1.28%、1.43%。采用数值模拟得到设计工况下三副叶轮内的相对速度场和各流道内的载荷分布,C1叶轮内有明显的回流区,且各流道内的载荷存在较大差异。研究表明：在叶轮外尺寸相同的情况下对叶片造型设计时,存在最佳的叶片包角,单圆弧叶型不是最佳叶型。     

Improved Soft Abrasive Flow Finishing Method Based on Turbulent Kinetic Energy Enhancing

Soft abrasive flow(SAF) finishing can process the irregular geometric surfaces, but with the matter of low processing efficiency. To address the issue, an improved SAF finishing method based on turbulent kinetic energy enhancing is proposed. A constrained flow passage with serration cross-section is constructed to increase the turbulence intensity. Taking the constrained flow passage as the objective, a two-phase fluid dynamic model is set up by using particle trajectory model and standard k-ε turbulence model, and the flow field characteristics of the flow passage are acquired. The numerical results show that the serration flow passage can enhance the turbulence intensity, uniform the particles distribution, and increase the particle concentration near the bottom wall. The observation results by particle image velocimetry(PIV) show that the internal vortex structures are formed in flow passage, and the abrasive flow takes on turbulence concentrating phenomenon in near-wall region. The finishing experiments prove that the proposed method can obtain better surface uniformity, and the processing efficiency can be improved more 35%. This research provides an abrasive flow modeling method to reveal the particle motion regulars, and can offer references to the technical optimization of fluid-based precision processing.     

基于双头反对称翼型的平面叶栅设计方法

选用由ClarkY翼型构成的双头反对称翼型,在不同的攻角取值下得到不同的平面叶栅,并对这些平面叶栅进行数值模拟。数值计算结果表明,攻角的增大导致翼背漩涡的增大,而正是这些漩涡的作用,促使流过平面叶栅的气流发生折转。通过分析计算,得到了攻角取值与气流折转角的关系图,并由此找到了符合设计要求的攻角取值。     

计及尾迹宽度的轴流风机出口气流角修正方法

针对二元平面叶栅试验数据在轴流风机动叶气动计算中的局限性 ,通过将计及动叶三元效应、旋转及弯掠的损失计算模型与动叶尾迹宽度相关联 ,建立了尾迹宽度与出口气流角的几何关系 ,提出了一种有效的轴流风机出口气流角修正方法 ,该方法亦可对动叶的升力系数进行修正。     

Measurement of deflections in buried flexible pipes by close range digital photogrammetry

In this study, the monitoring of the load–deflection behavior of buried flexible pipes by digital close range photogrammetry was described. Experimental investigations were performed in a test box made of steel, with a Plexiglas front wall. An online vision system with three CCD cameras was developed to measure automatically the deflections of pipes during load tests. The system can also correct image distortions caused by refraction of light rays passing through different medias. The computational approach involves first determining camera calibration parameters, then calculating of object coordinates of targets placed on pipe wall section after each load step using the results of the calibration process. In loading tests, LVDTs were also used to measure the changes in vertical diameters of the pipes. The comparison of results obtained from both measurement systems indicated that photogrammetric system is reliable and accurate to monitor deflection behavior of pipes under loading conditions.     

Measurement of magnetic domain wall width using energy-filtered Fresnel images

Magnetic domain walls in Nd₂Fe₁₄B have been examined using a series of energy‐filtered Fresnel images in the field emission gun transmission electron microscope (FEGTEM). We describe the changes in the intensity distribution of the convergent wall image as a function of defocus, foil thickness and domain wall width. The effect of tilted domain walls and beam convergence on the fringe pattern is also discussed. A comparison of the experimental intensity profile with that from simulations allows the domain wall width to be determined. Measurement of very narrow walls is made possible only by using a relatively thick foil, which necessitates energy‐filtering to allow quantitative comparison with simulations. The magnetic domain wall width in Nd₂Fe₁₄B was found to be 3 ± 2 nm.     

喷嘴位置对轴承腔内油气润滑两相流的影响

基于气液两相流理论,采用多重坐标系法构建角接触球轴承数值计算模型,分析不同喷嘴位置和转速下轴承腔内油相体积分数、保持架表面及轴承内外圈的油气分布特性。结果表明：在轴承低转速下,正面供油时轴承腔内油相体积分数及其周向分布的波动大于背面供油;正面供油时保持架下表面会产生润滑油的积聚,造成润滑油无法及时通过出口排出,而背面供油时润滑油在保持架表面的油相分布更均匀;正面供油时内圈左面油相体积分数较高,外圈油相分布变化较大,而背面供油时内圈右面、中间面及外圈中间面油相体积分数较高。不同转速下喷嘴位置对腔内油相分布的影响也不同,低转速下正面供油时腔内油相体积分数更高,高转速下喷嘴位置对轴承腔内油相分布的影响较小,润滑油在轴承腔内分布较为均匀,保持架下侧未见明显的润滑油积聚。