混合励磁式井下涡轮发电机涡轮参数研究

随钻测井系统中井下仪器连续工作,涡轮发电机作为电源优势明显。提出了一种水力性能较高的涡轮模型形式并进行了建模研究。采用Fluent软件对不同叶片参数的涡轮模型进行紊流流场分析优化了涡轮结构。分析了流量、转速对涡轮流场的影响情况。通过地面实验验证了流量、转速、负载与涡轮发电机输出电压的关系。所建立的涡轮模型能够提高涡轮的输出功率并保证其工作寿命。用地面实验验证了仿真结果的正确性。     

三种井下螺旋涡轮水力性能研究

螺旋涡轮主要用于井下涡轮式交流发电机,其水力性能对发电机性能有重要的影响。利用CFD方法对三种不同型式的螺旋涡轮内流场作了三维紊流数值模拟,并在此基础上计算出涡轮的主要外特性曲线,得出了三种涡轮的水力性能。与等螺距涡轮相比,变螺距涡轮和非等宽叶片涡轮改善了内部流体的流动特性,压力损失减小,压降随转速变化更平稳,同时其效率特性也有改善,从而具有更好的水力性能。该研究为井下涡轮式发电机的性能提升和结构改进提供了有力的依据。     

航天液体火箭液氢泵叶片积叠线空化性能优化仿真研究

参照现有液体火箭液氢涡轮泵设计一组诱导轮-离心轮构型。通过数值模拟方法探索液氢涡轮泵中离心轮叶片前缘积叠线的影响规律,验证相应的优化方法。结果表明：泵体流量工况的变化会影响泵体的流场,并对空化现象产生影响;而进行积叠线倾斜优化能调整沿叶高的攻角,进而改善泵体空化性能;积叠线倾斜角θ的取值范围在55°～80°时叶片具有较好的防空化气蚀性能。     

井下泥浆涡轮水力性能数值模拟及试验验证

为了提高井下泥浆涡轮的水力性能,采用NACA翼型+前弯叶片代替圆弧平板直叶片,数值模拟研究改造前后井下泥浆涡轮的内部流场和水力性能。结果表明采用NACA翼型+前弯叶片,能够有效地增加转叶压力面与吸力面的压差,降低转叶出口的能量损失,提高涡轮的输出轴功率和效率,降低涡轮进出口的压降。并通过性能试验,验证改造前后涡轮水力性能的改善效果。     

某型轴流涡轮喷嘴冲角特性研究

涡轮的流量特性和效率特性,对涡轮与柴油机的匹配有重要影响。文章中保持涡轮边界条件相同,改变轴流涡轮喷嘴的冲角,并采用三维数值模拟,对某型轴流涡轮喷嘴冲角特性进行了数值计算和流场分析。结果表明,发动机两个工况下,在-40°-50°冲角下,涡轮内气体流动稳定,流量收敛,在-40°-40°范围,涡轮流量值相差不到0.4%;两个工况下涡轮最高效率冲角约为-30°,增加或降低该冲角,涡轮效率逐渐下降,工况越低,效率变化越明显。     

增压器涡轮叶片疲劳蠕变寿命预测方法

根据径流式增压器涡轮的结构与工作特点,分析了涡轮叶片的载荷与应力空间分布特征;针对增压器涡轮由疲劳与蠕变交互作用引起的叶根断裂失效模式,研究了增压器涡轮叶片叶根的载荷与应力变化历程,建立了涡轮叶片叶根的载荷与应力描述方法;然后建立了增压器涡轮叶片叶根疲劳蠕变寿命预测方法及模型,并运用建立的模型对增压器涡轮叶片叶根进行了寿命评估。     

组合动力装置用变几何涡轮转速与安装角匹配研究

为了研究小型变几何涡轮转速与安装角匹配调节对涡轮性能的影响,其中包括研究小型变几何涡轮不同转速变化对涡轮反力度和效率的影响以及在设计转速下不同涡轮导叶安装角工作状态下,涡轮流量系数与效率随膨胀比的变化趋势,以组合动力装置IPU用小型变几何涡轮为研究对象,采用ICEM CFD和Turbo-grid软件分别对涡轮导叶和转子...     

变螺距井下涡轮水力性能研究

螺旋涡轮主要用于井下涡轮式交流发电机。利用CFD方法对一种变螺距涡轮的内流场作了较详细的三维紊流数值模拟，得出了丰富的内部流场信息，同时在此基础上计算出了该涡轮主要外特性曲线。变螺距涡轮与等螺距涡轮相比，叶片进口处速度变化均匀，压力损失减小，同时涡轮的压降和效率特性也有很大的改善。变螺距涡轮具有更好的水力性能，该研究为井下涡轮式发电机的性能提升和结构改进提供了有力的依据。     

涡轮马达的结构优化

利用CFD方法对涡轮马达的内流场进行了三维紊流数值模拟,计算出了该涡轮马达主要的外性能曲线,并针对流场特性对涡轮马达的叶片形状进行了相应的修改,通过模拟计算后得出改进后的机构在一定程度上能改善涡轮马达工作性能的结论,为井下涡轮发电机的性能预测和结构改进提供了有力的依据.     

基于QAR数据的高压涡轮叶片疲劳-蠕变寿命预测

基于发动机运行产生的快速存取记录器(Quick Access Recorder, QAR)数据，提取右发高压涡轮转速比N₂(高压涡轮实际工作转速与设计转速之比)编制涡轮叶片载荷谱。建立流热固耦合模型，结合QAR数据及热力分析确立计算所需热边界条件，采用有限元软件对流热固耦合问题进行求解，得到不同工况下高压涡轮叶片的温度、应力、应变分布。采用Manson-Coffin模型和Larson-Miller模型分别进行叶片疲劳、蠕变寿命的预测，重点分析了叶片有无冷却对于寿命的影响，最后通过线性损伤累积理论得到叶片的疲劳-蠕变寿命。结果表明，叶片考虑内冷问题后疲劳寿命有所提高、蠕变寿命显著提高，预测得到的疲劳-蠕变寿命和实际寿命相近，可用于发动机涡轮叶片剩余寿命的预测及维修计划的制定。     

水轮机模式液力透平叶片进口安放角影响分析

针对转轮叶片进口安放角 β1对超低比转速水轮机模式液力透平性能影响规律认识不足的问题,在超低比转速范围内,考虑液力透平水力性能,取不同 β1建立超低比转速混流式转轮三维模型,配合过流部件构建超低比转速水轮机模式二级液力透平模型,采用ANSYS FLUENT仿真软件对液力透平内部流动特性和能量特性进行计算,对比数值模拟结...     

叶片出口安放角对油涡轮性能的影响

根据油涡轮各部件的基本结构与工作原理,推导出油涡轮中能量转换与几何参数之间的关系方程,分析了油涡轮有效轴功率随叶片出口安放角β2的变化规律。本文结合1000MW汽轮机组配套油涡轮研发,借助CFD软件对叶片出口安放角β2分别为22.5°,18°,13.5°和10°4种设计方案的油涡轮进行多工况数值模拟。理论分析和多工况数值模拟都表明:在一定范围内随着叶片出口安放角减小,油涡轮的有效轴功率会随之增大,且"n-N T"曲线更平坦,不仅能够满足油涡轮的调节特性要求,而且还具有较好的稳定性。由此证明文中分析方法可以为完善油涡轮的设计理论奠定一些基础。     

前端调速式风力机组传动链建模与仿真

对前端调速式风力机传动链关键部件的工作原理进行分析,建立数学模型。分别建立风速模型、风轮空气动力学模型、传动链动力学模型、液力变矩器动态模型以及主轴转速计算模型。整合各子系统,引入神经网络控制,建立传动链整体仿真模型,进行模拟仿真。基于最大风能捕获量,综合考虑传动链结构参数,通过神经网络调节液力变矩器导叶开度,改变工作油循环流量,从而改变液力变矩器的输出转矩和转速。液力变矩器输出与风轮输出通过行星轮系综合作用于发电机前的主轴,使主轴转速稳定在设计值。     

Blade number effect for a ducted wind turbine

Ducted wind turbine with multiple blades installed was believed to have a good wind power energy conversion effect. However, little information was available on how to design a good ducted wind turbine. In this paper the effects of blade number on a ducted wind turbine performance is studied. Numerical studies using CFD method to simulate the wind turbine performance were adopted. The duct is a converging-diverging nozzle with the turbine blades located at the throat. A rated output of a 1-kW turbine is adopted as the baseline design. It was found that the blade geometry, stagger angle, and number of blades have different duct blockage effects, and do affect the turbine performance (specifically the power coefficient and torque coefficient, etc.). The fewer number of blades has higher through flow speed, while the larger number of blades provides larger torque. The best power coefficient lies in between the two extremes. The appropriate number of blades is important to match the generator performance curve for optimal overall performance and efficiency. This paper was presented at the 9^th Asian International Conference on Fluid Machinery (AICFM9), Jeju Korea, October 16–19, 2007.     

基于弱海流的叶轮发电系统分析

基于弱海流,依据螺旋桨和风力发电的相关理论,分析叶轮流场特性,建立叶轮发电系统的数学模型。推导叶轮几何参数与其动力特性之间的关系,提出叶轮优化设计方法,分析叶轮发电系统总体性能。通过某一具体算例,设计并优化叶轮几何参数,选择合适的传动系统和电机,计算系统输出功率和效率。     

风力机动态偏航时对风轮气动性能影响的数值模拟研究

本文是对动态偏航风力机输出功率和风轮表面的压力分布进行了研究。以某S翼型风力机叶片为研究对象,采用有限元方法,模拟叶片在额定工况下以10°/s的旋转速度从正对来流风开始顺时针匀速偏转30°。在动态偏航过程中取10°,20°两个偏航角位置时的风轮表面气动力及5°,10°,15°,20°,25°,30°六个偏航角下风轮的输出功率分别进行气动力及输出功率对比,结果发现:同一偏航角下,风力机动态偏航时,三支叶片间存在不平衡气动力;同一偏航角同一叶片相同径向位置,风轮动态偏航时压力面与吸力面的压强差小于风轮静态偏航时压力面与吸力面的压强差。风力机发生动态偏航时,风力机受气动力变化幅度较大,输出功率会较大波动。     

三叶片直线翼垂直轴风力机非定常流场速度分析

垂直轴风力机在回转过程中,叶片尾流的相互干涉和叶片攻角变化,使垂直轴风力机周围流场异常复杂。为探明直线翼垂直轴风力机在二维流场中速度分布及风力机叶片迎风角度变化关系,在风洞试验中采用激光多普勒测速仪(Laser Doppler velocimetry,LDV)技术,对所设计的三叶片直线翼垂直轴风力机流场风速进行试验研究,获得了该风力机叶片周围流场的速度分布情况。在建立直线翼垂直轴风力机在不同转速下叶片迎风角度变化的数学模型基础上,应用仿真软件对被测风力机流场进行分析计算。通过数学模型得知,来流风速夹角随回转角的变化情况可用正弦函数近似表示, 并且随着叶尖速比的增大逐渐减小。风洞试验和CFD结果表明,风力机在回转过程中,叶片前缘场域有乱流生成,并且该域风速值偏大;而在叶片旋转内部以及下流区域内会形成一个宽大的低速区域,并且伴随叶尖速比的增加,低速区域具有扩大趋势。     

垂直轴风力机三维气动性能研究及优化设计

建立了五叶片垂直风力机三维模型,采用滑移网格技术对五叶片垂直风力机的气动性能进行分析。研究结果表明,叶片的半径和高度会对风力机外围的速度场及湍动能分布产生明显影响,进而影响风力机的风能利用率。不同转速的风力机随着叶片宽度的增加其风能利用率呈现先增加后减小的趋势,同时在风力机转速一定情况下,风力机的风能利用系数随着叶片高度的增加也呈现明显的先增加后减少趋势。     

井下涡轮发电机涡轮建模研究

介绍了在LWD、MWD中井下涡轮发电机的作用及工作原理,研究了涡轮发电机液力元件涡轮的不同叶片形式对应的模型,指出了一种效率高的新型涡轮模型的叶片特点,提出涡轮工作效率的关键参数及影响因子,总结出通过调整影响因子进行涡轮参数化建模的方法,实现了基于MATLAB和Pro/E结合对涡轮的快速准确建模,说明了关键函数程序语句及数据处理方法,提高了建模效率和模型数据的准确性。