刨根波齿前缘叶片降噪机理特性研究

为了减小叶片压力脉动,降低叶片自噪声的产生,采用大涡模拟(LES)与FW-H混合方法,对雷诺数为2×10~5、攻角为5°下的叶片进行数值模拟,研究刨根波齿前缘叶片降噪机理,分析了刨根波齿前缘叶片的瞬态流场与声场特性。结果表明:刨根波齿前缘叶片在前缘处加速了流体流动速度,能更好地调控流场减小分离涡;叶片的尾迹涡厚度变薄,并随着挤压和拉伸,大尺度涡破碎成小尺度涡,涡系结构更加紧致;刨根波齿前缘结构降低了叶片表面的压力脉动,且具有良好的降噪效果,在中低频呈现出宽频特性,总声压级最大可降低9 dB。     

尾缘相对齿高对仿生叶片性能影响的研究

利用Fluent软件对基于NACA0018翼型的锯齿尾缘仿生叶片在雷诺数Re=6×105下的三维流场进行了数值模拟,对比研究尾缘锯齿的相对齿高h/λ对叶片气动特性与边界层发展的影响规律。分别选取尾缘锯齿相对高度h/λ为0.5、1.0和1.5,着重分析12°攻角下尾缘锯齿相对高度对仿生叶片近尾缘的涡分布影响。研究表明:当叶片绕流流场出现大尺度分离涡结构时,尾缘锯齿将改变原NACA0018叶片表面流动结构的周期性,对叶片的气动特性产生显著的影响,随相对高度h/λ的增大,仿生叶片的气动性能越接近原始叶片;尾缘锯齿能延迟边界层分离,延迟效果随h/λ的增大而增强;锯齿尾缘能抑制边界层增厚,使叶片尾缘噪声降低。研究12°攻角下的近尾缘涡分布发现,尾缘锯齿间的压力差形成锯齿间的涡和吸力面上的反向旋转涡对,受两者共同影响,叶片近尾缘处的流场分布发生变化,进而影响气动特性。     

锯齿尾缘风力机叶片气动及噪声性能研究

为理解锯齿尾缘风力机的气动噪声原理和气动性能,以NREL Phase VI风力机的锯齿尾缘仿生叶片为研究对象,在7 m/s风速工况下,采用分离涡和FW-H方程模拟相结合的方法进行仿真,获得并对比5个叶片展向位置的压力系数和声信号声压指向性。研究表明,在叶片吸力面靠近叶尖的尾缘区域,风力机原型相比于锯齿型出现了明显的分离现象;锯齿型叶片声压级在前缘处较大,尾缘处次之;锯齿结构改变了壁面分离模式,使流场得到改善,降低了风力机噪声的声压级,提高了叶片的气动性能,同时也说明了风力机叶片前缘与尾缘是噪声集中产生的位置。研究结果能够为风力机降噪提供重要的理论依据。     

风机叶片表面分离涡与宽频噪声辐射特性的分析

采用大涡模拟结合噪声FW-H模型,计算分析了低马赫数下风机Clark-Y叶型的流场结构、叶型表面压力脉动特征以及宽频噪声特征,并对表面压力脉动与远场声压的频谱进行了对比.结果表明:叶片表面形成的分离涡涡束与叶片表面压力波谷存在关联,每处分离涡对应着一个表面压力波谷;分离涡声源的远场声辐射能力极小,叶片的宽频噪声主要来源于来流冲击前缘点形成的压力脉动和尾缘涡脱落产生的压力脉动,前缘点的声辐射能力高于尾缘区域的声辐射能力.     

仿生叶片在离心风机上应用的数值分析

为了探究仿生叶片对离心风机气动性能、流场和声场的影响,将波形前缘、锯齿尾缘和表面凹坑3种仿生结构应用在离心风机叶片上,并对其流动和噪声辐射进行了数值计算.结果表明:表面凹坑结构抑制了叶片吸力面上的分离流,提升了离心风机的全压和效率,但蜗壳壁面附近的压力脉动幅值增大,最终使噪声不降反增0.85 dB;锯齿尾缘型风机虽然做...     

弧形锯齿尾缘对叶片气动噪声影响及机理的研究

以弧形锯齿尾缘叶片为研究对象,同时设置三角形锯齿尾缘和直尾缘叶片作为参照组,采用大涡模拟结合声类比方程的方法,对比分析不同攻角下3种叶片的声压级指向性、噪声频谱特性。通过分析3种叶片周围涡结构,进一步对弧形锯齿尾缘所特有的声学机理进行研究。结果表明：同三角形锯齿一样,弧形锯齿结构并未改变叶片声压级指向性呈偶极子分布的规律;弧形锯齿尾缘有效降低中高频段的噪声,低频段降噪效果不明显;锯齿结构影响尾缘处展向涡的发展,进而对叶片气动噪声产生影响,且弧形锯齿尾缘对尾部涡结构的影响程度大于三角形锯齿尾缘。     

基于鸮翼特征的曲线形尾缘锯齿翼型气动噪声研究

受到鸮类“静音飞行”的启发,将猫头鹰羽毛特有的曲线锯齿结构应用到三角形锯齿齿边,设计曲线形尾缘锯齿翼型,探究仿生锯齿结构的降噪潜力。以NACA0018翼型为原型翼型,通过大涡模拟（LES）与FW-H声类比方程相结合的方法,分析原型翼型、仿生曲线形锯齿尾缘翼型和传统三角形锯齿尾缘翼型的气动声学特性。结果表明,仿生曲线形锯齿尾缘翼型在声指向分布的所有方位角的总声压级均有降低,相比于传统的三角形锯齿尾缘翼型,噪声值最高能降低3.77 dB。压力脉动云图和流向速度的湍流波动分布结果表明,仿生曲线形锯齿可有效抑制尾缘附近的压力脉动,显著减小齿中部的湍流波动,从而降低翼型的气动噪声。     

非对称锯齿结构对叶片气动声学性能的影响

为降低水平轴风力机叶片的气动噪声,受鸮类静音飞行能力的启发,提取鸮类翅膀羽毛的非对称锯齿结构,并重构于风力机叶片尾缘处。采用大涡模拟（LES）和FW-H方程对改型叶片和原型叶片的流场及声场特性分别进行研究。同时通过改变非对称锯齿尾缘的结构参数,以探究不同锯齿夹角、锯齿宽度和锯齿间距对非对称锯齿尾缘的降噪效果的影响。结果显示：非对称锯齿尾缘具有较好的降噪效果,尤其是在低频和中频区域,总声压级最多可降低10 dB。当锯齿夹角分别为30°、40°和50°时,随着锯齿夹角的增加,噪声声压级在多数方位角下呈增加的趋势;锯齿宽度分别为10、12.5和15 mm时,随着锯齿宽度的增加,噪声声压级在多数方位角下明显降低;锯齿间距的改变,对0°方位角下的噪声声压级影响显著。而从涡分布图中可发现,非对称锯齿尾缘未改变叶片表面涡脱落的位置,但会减小涡结构和涡强度,增大涡间距,从而抑制噪声的产生。     

具有新型双层壁结构的透平叶片流热耦合研究

多通道壁面射流冷却结构是一种新型的燃气透平动叶内部冷却结构,具有消耗冷气少、压力损失小等优点。本文构建了简化的壁面射流冷却叶片与GE-E3冷却结构叶片模型,采用流热耦合方法对比研究了其流动与换热特性。结果表明,壁面射流冷却通道内的狭小空间抑制了横流的产生,冷气在冷却通道中形成了流向涡;前缘冷气流道中的大量冷气流经吸力侧冷却区,并从出口压力更小、面积更大的尾缘排出,使得前缘气膜孔出流的冷气流量和动量较小,冷气在叶片外表面的气膜覆盖特性更好;离心力的影响导致前缘冷气流道中叶根处的压力较低,叶根附近的气膜孔出现燃气主流入侵现象。相比于GE-E3叶片,壁面射流冷却叶片的前缘温度和温度梯度都较小,因此多通道壁面射流冷却在前缘具有更优异的冷却特性。     

一种耦合仿生翼型降噪机理研究

基于NACA0018翼型,将波状前缘、锯齿尾缘和表面脊状3种仿生结构进行耦合,形成WSR翼型,并采用大涡模拟和FW-H方法研究了 WSR翼型在不同雷诺数和攻角下的流场和噪声特性.结果表明:在小攻角、低雷诺数下WSR翼型可降低噪声5 dB左右;在大攻角下,锯齿尾缘结构加剧了尾缘处流动掺混,改变了尾迹涡结构,降低了翼型尾缘处的涡量,进而使噪声降低8 dB左右.     

Pressure fluctuation generated by the interaction of blade and tongue

Pressure fluctuation around the tongue has large effect on the stable operation of a centrifugal pump. In this paper, the Reynolds averaged Navier-Stokes equations (RANS) and the RNG k-epsilon turbulence model is employed to simulate the flow in a pump. The flow field in the centrifugal pump is computed for a range of flow rate. The simulation results have been compared with the experimental data and good agreement has been achieved. In order to study the interaction of the tongue with the impeller, fifteen monitor probes are evenly distributed circumferentially at three radii around the tongue. Pressure distribution is investigated at various blade positions while the blade approaches to and leaves the tongue region. Results show that pressure signal fluctuates largely around the tongue, and it is more intense near the tongue surface. At design condition, standard deviation of pressure fluctuation is the minimum. At large flow rate, the increased low pressure region at the blade trailing edge results in the increases of pressure fluctuation amplitude and pressure spectra at the monitor probes. Minimum pressure is obtained when the blade is facing to the tongue. It is found that the amplitude of pressure fluctuation strongly depends on the blade positions at large flow rate, and pressure fluctuation is caused by the relative movement between blades and tongue. At small flow rate, the rule of pressure fluctuation is mainly depending on the structure of vortex flow at blade passage exit besides the influence from the relative position between the blade and the tongue.     

间隙变化对轴流压气机转子近失速工况叶顶流场的影响研究

为研究间隙变化对轴流压气机转子近失速工况下叶顶流场结构的影响,以轴流压气机转子Rotor37为研究对象,对其叶顶流场进行定常和非定常的数值模拟。计算结果表明：随着叶顶间隙的减小,压气机的总压比和等熵效率均有所提高,稳定运行范围扩大;2倍设计间隙下,叶尖泄漏涡经激波作用后发生膨胀破碎,堵塞来流通道,诱发压气机堵塞失速;0.5倍设计间隙下,吸力面流动分离加剧,发生回流,部分回流与来流在压力面前缘上游发生干涉,进口堵塞加剧,致使部分来流从前缘溢出,导致压气机叶尖失速;不同间隙下压气机失速过程的主导因素不同,大间隙下失速由叶尖泄漏涡破碎的非定常波动引起,小间隙下失速主要由流动分离引发的周期性前缘溢流所主导。     

水介质中尾部锯齿结构叶片数值计算

为了验证将空气动力学中翼型部件采用的锯齿形尾部结构引入到水力机械翼型部件中的可行性,建立了NACA0012型对称型叶片的几何模型,并在此基础上建立了尾部带锯齿的NACA0012型叶片修改模型,利用数值计算方法计算了在入流速度10 m/s下带锯齿与不带锯齿的NACA0012型叶片在0°及10°攻角下的流场数据及压力脉动数据。计算结果表明,锯齿形边缘结构在攻角为10°时能有效减小叶片尾部、背水面的脱流及尾迹中的漩涡和流场中的水力振动,锯齿结构改善叶片水力性能效果显著;而攻角为0°时流场中水力振动轻微增加。由此说明,锯齿结构可起到改善水介质中翼型部件水力特性的作用。     

进口畸变下涡流发生器对压气机流场的影响

为研究进口总压畸变条件下涡流发生器对压气机流场的影响,建立单级轴流压气机模型,计算和分析了不同工况下的压气机内部流场.计算结果显示:在进口畸变条件下,压气机流场恶化,性能降低;使用涡流发生器后,可以有效改善静叶叶根附近的流场,控制叶片尾缘分离,降低沿叶高方向的压力波动,从而削弱进口畸变对效率的负面影响,改善出口压力场,...     

Experimental Investigations of the Three—Dimensional Flow in a Large Deflection Turbine Cascade with Tip Clearance

INTRoDUCTI0NThetipleakaeflowisnowrecognizedasanimpor-tantsourceoflossesinbothcompressorsandturbines,asasourceofcoolingprobleminturbinesandasourceofinstabilityincomPressorsandfans.Manyturbo-maChinimPellersarenotshroudedandtheleakaeflowthroughthetipgaPofthebladeisanunavoidablefaCtorwhichdeterioratestheperformance.Den-tonandCumpsty[1]melltionedabouttwodistinctandequallyimportantaspects.tothetipclearanceflows.First,thereisareducti0ninthebladeforce,there-fore,theworkdone.Thisoccursbecausethe…     

1000MW级核主泵内部非定常流动特性

为了对1000 MW核主泵内部流场进行深入分析,应用商业计算软件CFD对核主泵进行了非定常数值模拟,得到主泵内部压力脉动特性。结果表明:核主泵内部压力脉动呈现周期性变化,叶轮叶片对流体的影响频率为转频f=24.2 Hz的整数倍及其谐波;在叶轮内脉动幅度从叶片前缘到后缘逐渐增加,而在导叶内从叶片前缘到后后缘逐渐减小,在泵壳内变化相对较小;不同工况下,脉动幅值在额定工况下最小,在小流量工况时最大,并且偏离额定流量越多,压力脉动越严重。     

非设计工况下涡轮叶栅前缘壁角的作用

透平叶栅端区二次流具有复杂的涡系结构。Langston实验描述了两支马蹄涡和通道涡的演变和发展过程。基于Langston叶型构造出有效的前缘壁角,建立涡轮叶栅带有前缘壁角的端壁流动计算模型,分析前缘壁角对端壁流动与传热特性的影响,并评估其在非设计条件下的适应性。结果表明:在一定的非设计工况范围内,前缘壁角削弱了前缘马蹄涡和通道涡的强度,降低了流道内部的气动损失,增加了近端壁的流动损失。有效的前缘壁角使前缘附近端壁换热水平减弱,流道端壁换热整体减弱,端壁高换热区沿流向下移,尾缘附近换热有所增加。在一定的非设计工况范围内,前缘壁角都是有效的。     

叶片厚度分布对两级离心泵空化性能的影响

针对叶片厚度分布对两级离心泵空化性能的影响,通过对第一级叶轮叶片的厚度分布进行优化,研究其对泵外特性、压力脉动以及流体激励力的影响。结果表明：采用线性厚度分布的对称叶片时,前缘厚度对空化性能的影响最大,叶片越薄,泵的抗空化能力越强;随着尾缘变厚,压力脉动幅值向叶轮进口方向偏移,且随着叶片厚度减小,压力脉动幅值相应减小。第一级叶轮流道内的压力脉动主频为干涉叶频,保留高幅低频的宽频特征,所受空间三向力的脉动主频为2倍叶频,轴向力较小,脉动幅值较低,径向力的主要信号成分是叶频和2倍叶频。