对旋轴流风机叶顶间隙对其性能的影响

为了探究改变对旋轴流风机两级叶轮的叶顶间隙对其性能的影响，建立不同叶顶间隙下风机三维模型，利用Fluent进行数值模拟，并结合风机性能试验验证仿真的正确性。分析压升、效率、轴功率、湍流动能和叶顶泄漏涡随两级叶轮叶顶间隙的变化情况，结果表明：在相同流量下，压升、效率随间隙的增大而减小；与第一级叶轮相比，间隙对第二级叶轮的轴功率、湍流动能及泄漏涡影响更加显著；随间隙增大，叶顶泄漏涡的强度和影响区域越大。     

进口总压畸变条件下离心压气机流动失稳特性的数值研究

采用数值模拟方法对比分析了畸变进口与均匀进口条件下离心压气机的气动性能。结果发现，离心压气机展现出一定的抗畸变能力，总压畸变对压气机整体性能未造成显著影响。进一步的分析表明，在均匀来流条件下，随着流量的降低，主叶片和分流叶片之间的低速区逐渐向叶顶区域发展，阻碍主流流动，相互排挤并由叶顶间隙溢出；畸变来流条件下，在近失速工况点时，叶顶沿流向流动出现局部负速度，叶顶泄漏涡前移，在进口畸变产生的低压区内吸力面流动分离增大，进而演变出龙卷风涡阻塞流道，并影响到相邻叶片，引发前缘溢流；通过Q-准则方法发现，在畸变来流条件下，近失速工况下的涡结构分为前缘失速涡、叶顶间隙泄漏涡、通道涡和前缘溢出涡。     

吸力面叶尖小翼构型对轴流风机气动性能的影响

叶顶间隙泄漏是造成轴流风机损失的重要原因之一,在吸力面安装叶尖小翼能抑制一定程度的叶顶间隙流动,提高轴流风机气动性能。本文数值模拟了在吸力面安装不同宽度以及长度叶尖小翼对轴流风机内部流动及性能的影响。结果表明,增大吸力面叶尖小翼宽度可减小叶顶间隙流,延缓叶顶泄漏涡的生成和脱落,使其向远离吸力面偏移,减小了分离损失。当宽度为3倍叶片厚度时,设计工况全压效率提高了0.73%。而不同长度吸力面叶尖小翼的结果对比表明,当叶尖小翼长度为0.6倍弦长时,即可达到1倍弦长叶尖小翼对叶顶间隙流动同样的改善效果。     

叶顶间隙对轴流风机性能影响的大涡模拟研究

为了研究分析叶顶间隙对轴流式通风机性能的影响,分别对1mm、2mm和4mm的三种叶顶间隙建立了三维全流道作为计算域,采用大涡模拟方法对其三维全流场进行数值模拟,得到了轴流式通风机的效率和压升随流量的变化曲线,对比分析了不同的叶顶间隙对风机性能的影响,另外,得到了叶顶泄漏涡的强度和影响区域随着叶顶间隙的增大而增大。     

半开式离心叶轮与扩压器间流动模态提取与分析

考虑到半开式离心叶轮叶顶间隙流动对离心压缩机流动稳定性的影响,本文采用动态模式分解的方法对比了离心叶轮和无叶扩压器分别在设计工况和近失速工况下的流动结构及其频率信息。结果表明:叶轮出口附近的叶顶间隙流动对无叶扩压器中流动有显著影响,无叶扩压器中出现了和叶顶泄漏流流动相关的涡结构。随着流量的减小,叶顶间隙流动进一步影响无叶扩压器内部流动,涡结构频率变高,径向直径减小并向动静交界面移动,同时靠近盘侧的流场出现不稳定流动趋势。     

对旋轴流风机叶顶形态对其性能的影响

为了探究改变叶顶结构对风机性能的影响，采用Fluent对不同叶顶形态的对旋轴流风机性能进行数值模拟。分析了不同叶顶形态对风机效率、全压、叶顶泄漏流和泄漏涡的影响。结果表明：风机效率随叶顶开槽长度的增加而增大。在开槽长度和深度相同时，与第一级叶轮相比，改变第二级叶轮的叶顶形态对风机性能的改善更加显著。与后缘相比，在叶顶前缘开槽对风机性能改善更大。叶顶开槽后，间隙处形成泄漏涡，且叶顶泄漏流入口处涡流强度明显提高，可有效削弱叶顶泄漏流的发展，改善风机性能。     

叶顶间隙对轴流风机内部流场影响的研究

基于Realizable k-ε湍流模型和 SIMPLE 算法,对某轴流式通风机在不同叶顶间隙下进行了设计工况时的数值模拟.讨论了不同叶顶间隙大小对风机性能的影响,分析了叶轮出口截面速度、压力等参数的分布以及叶顶泄漏流和泄漏涡随间隙大小的变化情况.数值结果表明,随叶顶间隙逐渐增大,风机性能不断下降;叶轮出口截面速度、总压和湍动能大小受间隙泄漏流的影响明显;泄漏涡由泄漏流与主流发生卷吸而形成,且泄漏涡会受到间隙大小的影响.     

汽轮机动叶栅顶部泄漏流的数值分析

为研究围带对汽轮机叶顶间隙泄漏流的影响,以某汽轮机级为研究对象,采用?-?SST湍流模型、结构化网格,对无围带及有围带动叶顶部的间隙泄漏流动进行数值模拟,分析间隙流和泄漏涡的形成、发展及其对汽轮机性能的影响。结果表明,无围带时,叶顶间隙泄漏流在叶顶前缘形成顺时针的漩涡,在吸力面附近和尾缘出口形成顺时针的泄漏涡;沿着轴向流动距离的增加,泄漏涡的影响范围逐渐变大。有围带时,叶顶间隙泄漏流在叶顶尾缘附近形成逆时针的泄漏涡。但无论有无围带,与泄漏涡对应的通道涡的旋向都和泄漏涡相反。随着叶顶部间隙的增加,有围带和无围带时的泄漏涡强度都变大,总压损失系数都增加。当叶顶间隙相同时,靠近叶顶处约80%叶高以上的区域内,有围带叶栅出口截面上的总压损失系数均小于无围带叶栅出口截面上相应位置的总压损失系数。     

叶顶间隙对低比转数小流量泵性能的影响

为建立叶顶间隙对低比转速小流量泵性能的影响关系,采用数值计算的方法,以叶顶间隙宽s和叶轮出口宽b的比值(s/b)表征间隙大小,对不同间隙下泵的性能展开对比分析。分析发现,随着间隙的增加,泵的扬程和效率均逐渐降低,最大和最小间隙下的扬程和效率差分别达15.4%,5.5%。当间隙较小即s/b<0.2时,扬程曲线在小流量工况会出现不稳定的“驼峰”现象,在s/b>0.3后,设计工况附近效率的降幅显著增大。从流动特性来看,随着叶顶间隙的增大,间隙泄漏流对叶轮内主流区影响加剧,会诱导严重的二次流和旋涡的产生,同时间隙内不稳定流动也会产生能量损失,造成扬程和效率下降。为低比转数小流量泵的设计与优化提供借鉴意义。     

叶顶间隙对汽车水泵压力脉动影响的数值研究

汽车水泵作为汽车冷却系统中的重要部件,对发动机性能有着重要的影响。基于SST k-ω湍流模型,对不同尺寸下叶顶间隙的汽车水泵进行了非定常数值计算,研究了其内部流场和压力脉动特性。结果表明:在不同的叶顶间隙下,泵内流场的压力脉动特性均表现出明显的周期性变化,各监测点压力脉动峰值均出现在叶频处,同时随着叶顶间隙的增大,叶片上和蜗壳内的压力脉动是逐渐减弱的;泵内压力梯度也随着叶轮旋转呈现周期性变化,随着叶顶间隙的增大,叶轮、蜗壳和叶顶间隙上的压力是逐渐减小的;叶轮流道内和蜗壳出口处均出现二次流回流旋涡,随着叶顶间隙的增大,叶轮流道内涡强度减弱,蜗壳出口处涡强度加剧。     

叶尖密封流场的细观特性对叶轮机械性能的影响

细观尺度是微观与宏观之间的中间层次。利用细观力学的思想，分析了叶尖密封流场的细观特性对叶轮机械性能的影响，认为旋涡等流体的细观结构，在叶尖密封流场中起着关键性作用。密封间隙区域的细观特性即泄漏涡、激波和二次流之间的相立作用等，形成了阻塞区域，不仅影响泄漏量，还影响转子的稳定性。叶尖泄漏涡是叶尖间隙气流流动阻塞和引起压气机转子尖部紊流脉动的主要因素。     

汽轮机叶顶汽封间隙泄漏涡动特性研究

采用三维非定常数值模拟的方法,研究叶顶汽封间隙泄漏涡的结构和涡动频谱特性,并分析汽封各腔室内涡核中心点的径向高度随间隙的变化规律。结果表明:汽轮机叶顶汽封腔室内存在腔室涡和围带壁面涡2种稳定耗散的涡;随着叶顶间隙高度的增加,围带壁面涡涡核的径向高度降低,而腔室涡涡核的径向高度升高;从汽封的入口到出口,腔室涡的涡动随流动变得剧烈,频率增加,波动的幅度变大;围带壁面涡的涡动会在不同腔室内交替变换,齿前的围带壁面涡产生的压力波动最为剧烈,是汽封腔室内最不稳定的一类涡动。     

叶顶间隙对低比转速混流泵性能及内部流场影响的数值研究

为了解叶顶间隙对低比转速混流泵性能及内部流场的影响,选取无叶顶间隙和叶顶间隙δ分别为0.25 mm、0.75 mm和1 mm共四种方案,基于ANSYS-CFX对一比转速为149的混流泵进行了全流道数值模拟。计算域采用ICEM-CFD和TurboGrid进行结构化网格划分。利用Tecplot对计算结果进行处理,得到叶顶间隙对外特性参数、轮缘泄漏、流道中心S2流面流场等的影响。结果显示,叶顶间隙对大流量工况（1.25Q_d和1.5Q_d）下性能参数的影响大于小流量工况（0.5Q_d和0.75Q_d）,且效率减小量与叶顶间隙变化量的比值（Δη/Δδ）和相对流量m之间近似呈二次抛物线关系;当间隙为0.75 mm时,随着流量的增加,在叶轮流道进口附近形成的旋涡逐渐向出口方向移动,且旋涡强度及其对主流的影响范围均增大;当间隙进一步增大到1 mm时,泄漏流和主流之间发生了更为严重的卷吸效应。     

Tip gap flow and aerodynamic loss generation in a turbine cascade equipped with suction-side winglets

The tip gap flow and aerodynamic loss generation over a plane tip equipped with a “constant-width suction-side” (CWSS) winglet and a “varying-width suction-side” (VWSS) winglet have been investigated in a turbine cascade. For a fixed tip gap of h/c = 2.0%, three different winglet widths of w/p = 5.28, 10.55, and 15.83% are tested for the CWSS winglet. The VWSS winglet is designed based on flow visualization and has almost the same winglet area as the CWSS winglet of w/p = 15.83%. In general, the suction-side winglets have a role to increase aerodynamic loss in the tip leakage vortex region but reduce aerodynamic loss in the passage vortex region. For the CWSS winglet, the total-pressure loss coefficient mass-averaged all over the measurement plane has no appreciable changes with increasing w/p from 0.0 to 10.55%, but tends to decrease with further increment of w/p. The VWSS winglet performs better in reducing aerodynamic loss in the passage vortex region than the CWSS winglet of w/p = 15.83% but leads to a little bit higher aerodynamic loss in the tip leakage vortex region. The aerodynamic loss reduction by the VWSS winglet is 7.4% in comparison with the plane tip without winglet, and is about 60% lower than that by the widest CWSS winglet.     

齿顶间隙对双圆弧螺旋齿轮泵泄漏及空化特性的影响

为了研究在高速高压工况下双圆弧螺旋齿轮泵齿顶间隙对齿轮泵泄漏及空化特性的影响,建立了双圆弧螺旋齿轮泵最佳齿顶间隙数学模型,计算出最佳齿顶间隙。利用PumpLinx对考虑空化后不同齿顶间隙的齿轮泵内部流场进行数值模拟,结果表明:当齿顶间隙为0.02 mm,齿轮泵的流量脉动和压力脉动相对较小,流量输出品质好,与理论分析最佳齿顶间隙为0.0207 mm基本一致,验证了最佳齿顶间隙模型建立的正确性;齿顶间隙会影响齿轮泵内部流场的空化程度和泄漏量,齿轮泵内部的空化程度随着齿顶间隙的增大而减小,齿顶间隙处的泄漏会随齿顶间隙的增大而增大;齿轮泵齿顶间隙处的空化具有密封作用,可以减小齿顶间隙泄漏。研究结果对双圆弧螺旋齿轮泵结构优化及应用具有一定的参考价值。     

Numerical study on flow characteristics at blade passage and tip clearance in a linear cascade of high performance turbine blade

A numerical analysis has been conducted in order to simulate the characteristics of complex flow through linear cascades of high performance turbine blade with/without tip clearance by using a pressure-correction based, generalized 3D incompressible Navier-Stokes CFD code. The development and generation of horseshoe vortex, passage vortex, leakage vortex, tip vortex within tip clearance, etc. are clearly identified through the present simulation which uses the RNG k-ε turbulent model with wall function method and a second-order linear upwind scheme for convective terms. The present simulation results are consistent with the generally known tendency that occurs in the blade passage and tip clearance. A 3D model for secondary and leakage flows through turbine cascades with/without tip clearance is also suggested from the present simulation results, including the effects of tip clearance height.     

考虑间隙的压气机转子内部流动的数值模拟

采用时间推进法求解三维N-S方程，开发了一种用于计算考虑顶部间隙的压气机转子内部流场的三维粘性程序。对某压气机转子顶部间隙内的流动进行了详细的数值模拟，计算结果与试验结果吻合良好。通过分析可以发现，动叶顶部问隙的流动将引起叶片顶部气流的欠偏转，从而降低了转子附近相当大区域内的做功能力。同时，对于间隙内细微的流动结构也进行了较为深入的分析。     

Tip clearance effect on through-flow and performance of a centrifugal compressor

Numerical simulations have been performed to investigate tip clearance effect on through-flow and performance of a centrifugal compressor which has the same configuration of impeller with six different tip clearances. Secondary flow and loss distribution have been surveyed to understand the flow mechanism due to the tip clearance. Tip leakage flow strongly interacts with mainstream flow and considerably changes the secondary flow and the loss distribution inside the impeller passage. A method has been described to quantitatively estimate the tip clearance effect on the performance drop and the efficiency drop. The tip clearance has caused specific work reduction and additional entropy generation. The former, which is called inviscid loss, is independent of any internal loss and the latter, which is called viscous loss, is dependent on every loss in the flow passage. Two components equally affected the performance drop as the tip clearances were small, while the efficiency drop was influenced by the viscous component alone. The additional entropy generation was modeled with all the kinetic energy of the tip leakage flow. Therefore, the present paper can provide how to quantitatively estimate the tip clearance effect on the performance and efficiency.