动叶可调轴流风机瞬态流动及压力脉动特性

以OB-84型动叶可调轴流风机为研究对象,将定常计算所得流场作为非定常计算的初场,模拟了风机内部各监测点处的压力脉动及瞬态流场特性.结果表明:不同监测点的压力信号均呈周期或类周期波动,其压力脉动强度随体积流量增大呈减小趋势,最大压力脉动强度位于叶顶间隙处;各监测点均在叶片通过频率处出现最高时频分布幅值,改变体积流量仅影响时频分布数值;随体积流量增大,10%叶高截面上的平均湍动能水平提高,而叶轮出口截面上的高压区向轮毂方向移动;随时间延长,叶片尾缘处和相邻叶片间的湍动能增强;叶轮旋转过程中,叶轮出口截面上的高压区在机壳与轮毂间呈现往复运动的现象.     

叶轮出口宽度对离心泵内部非定常性能的影响

为了研究多工况下不同叶轮出口宽度对离心泵非定常性能的影响,基于RNG k-ε湍流模型对叶轮出口宽度分别为11、12、13、14和15 mm的离心泵模型分别在0.8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d三种流量工况下进行定常和非定常的数值模拟,得到离心泵的外特性曲线、内部流场以及压力脉动特性,并进行对比分析。结果表明:离心泵的扬程随叶轮出口宽度的增加而增加,存在一个最佳的叶轮出口宽度使其效率最佳且最佳效率点向大流量点偏移;随着叶轮出口宽度的增加,叶轮截面的最大压力值呈先增加后减小再增加的趋势,小流量工况下的湍动能较大区域随叶轮出口宽度的增加由叶轮流道出口向叶轮流道中间发展;各监测点的压力脉动均呈周期性变化,压力系数随流量的增大而增大,在设计和大流量工况下,当叶轮出口宽度为13 mm时压力脉动幅值明显小于其他型式的叶轮,因此适当增大叶轮的出口宽度有利于减小离心泵的压力脉动、提高其性能。     

湍流强度对风力机尾迹涡结构影响的实验研究

为研究湍流强度对风力机尾迹涡结构的影响规律,利用TR-PIV(time resolved-particle image velocimetry)对水平轴风力机模型在有、无格栅4.5D(D为风轮直径)范围内的尾流信息进行采集。通过定性及定量分析对比有、无格栅时尾迹流场瞬时涡量、平均涡量及湍动能的变化规律,再现了不同入流条件下尾迹涡形成、发展和湮灭的过程及尾迹涡系间能量传递特性。分析发现:自由流4.5D范围内均可见明显叶尖涡拟序结构,其衰减速度较慢。格栅入流时随湍流强度增加流层间的强剪切及径向掺混作用增强,使叶尖涡拟序结构失稳,2.5D时拟序结构消失;涡量集中区域较自由流明显扩张,叶尖涡诱导效应影响范围增加;尾迹涡系的湍动能较自由流明显增加,随着尾迹向下游发展叶尖涡、中心涡湍动能很快衰减,附着涡区湍动能却明显增强;附着涡区不再是隔离带,而是叶尖涡和中心涡的能量输送带,从而促进尾迹恢复。     

颗粒浓度对高比转速离心泵非定常特性的影响

为了分析颗粒浓度对高比转速离心泵非定常特性的影响,采用Mixture混合多相流模型,利用CFX软件进行数值模拟,分析了不同颗粒浓度时的瞬时湍动能、压力脉动及径向力。研究表明:随着颗粒浓度的增加,效率有所下降,清水条件下的离心泵效率最优;随着颗粒浓度的增大,叶轮内的瞬时湍动能明显增强,叶轮流道内及隔舌处的压力值均减小,脉动幅值均增大,作用在叶轮上的径向力会增大,而作用在隔舌处的径向力会减小;在不同颗粒浓度下,叶轮流道内的压力脉动主频均出现在转频处;隔舌处的压力脉动主频出现在叶频处;叶轮流道内、隔舌处的压力值和压力脉动幅值增减速度快慢的分界点和叶轮上、隔舌处的径向力增减速度快慢的分界点均在颗粒浓度为1%附近。     

可变滚流GDI发动机缸内气体流动特性模拟研究

在一台可变滚流比直喷汽油机(GDI)上对不同滚流强度下缸内冷态湍流流场进行了数值模拟研究,并通过PIV结果进行了实验验证。研究结果表明:进气翻板关闭将显著提高缸内滚流强度并产生较强的湍流,尤其在气门升程最大时刻,其滚流比约为翻板开启时的5倍,湍动能为后者的4倍左右;缸内流场在高滚流比工况时较早地形成单一大尺度涡,同时涡心更明显,流场更加规则,流速相对较高,在进气下止点时平均流速为20m/s;在压缩过程中,高滚流比工况湍流的黏性耗散较大,湍动能衰减较快;但在压缩末期缸内湍动能较低滚流比工况高,同时分布更加均匀。     

来流剪切对风力机尾迹影响的数值研究

为研究剪切指数对风力机尾迹流动特性的影响,以NREL Phase Ⅵ型风力机为研究对象,采用SST k-ω湍流模型,在不同剪切指数下对风力机尾迹流场进行定常数值模拟.考察了不同来流剪切工况下,风力机尾迹流场中漩涡结构变化对速度和湍动能等流动参数的影响.结果 表明:在剪切来流工况下尾迹流场呈现非对称性,尾迹流场向远离壁面的方向偏斜;随着剪切指数的增大,轮毂上方的中心涡强度增大,下方中心涡强度减弱;下方流体被大量卷吸进上方剪切层,形成高速条带;中心涡的不对称性造成尾迹流场湍动能增强,尾迹流场恢复减慢.     

风力机近尾迹叶尖区域气动噪声变化规律的数值研究

在采用LES计算流场的基础上,提高时间分辨率,利用K-FWH方程所定义的声源积分面形成声波辐射特征,采集设计来流风速最佳攻角状态下叶轮尾迹流场的声场数据。重点研究风轮叶尖尾迹区域高幅值的频率噪声及其谐波分布和传播以及不同区域噪声相互影响的声辐射特征。计算结果表明:风轮在旋转过程中,叶轮基频声压能量在叶轮尾迹声辐射中占主导地位,而且由叶尖涡引起的涡流声辐射也较重要,基频谐波的能量耗散相对较慢,致使频谱图中峰值部位较多,但随着频率的不断增加,基频谐波的能量耗散速率也在加快。叶尖涡的运动轨迹,随着监测点远离旋转中心沿X轴正向距离的增大,具有叶尖涡影响的声压值变化特征的监测点沿径向外移并近似于线性关系。     

混流泵作透平的数值计算与试验

为探究混流泵作透平内部的流动特性,选取1台比转速为220的混流泵进行外特性试验,采用全流场和结构化网格技术对透平内部流动状况进行数值模拟,得到不同流量工况下透平内部的流场分布和压力分布,并用速度三角形对透平内部流场变化进行分析。结果表明,透平进口到出口压力逐渐降低,随着流量增加,透平进出口压差逐渐增加,叶轮内部涡漩位置和大小发生变化,尾水管内液流圆周分速度方向发生变化;透平总水力损失随流量的增加而增加,其中叶轮水力损失占比最高,因此混流泵作透平的优化应集中在叶轮部分。     

水泵水轮机甩负荷瞬态过程叶间流场分析

为研究甩负荷过渡过程水泵水轮机内流场特性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机模型为例,采用网格壁面滑移技术与DES湍流模型对机组甩负荷过程进行三维瞬态数值模拟,基于湍动能、压力等信号提取叶间流场演变特征。结果表明,后1/3导叶域及其后流道内压力脉动剧烈,50%导叶关闭后,无叶区内形成带圆周速度的水环阻碍水流进入转轮;66.7%导叶关闭后,转轮叶间流道内出现涡旋,在较大压力梯度作用下旋转失速涡带扩散加剧流动分离,阻塞转轮流道。甩负荷过程尾水管内先充满与转轮同向的旋流,紧接着靠近内壁侧出现空腔且外壁侧旋流量减小,然后内壁侧出现与外壁侧旋向相反的回流。研究结果为良好运行性能的机组设计奠定了基础。     

微型燃气轮机向心透平内部流动分析

对某2.6kW微型燃气轮机向心透平叶轮进行了全三维粘性数值模拟.分析了设计工况下通道中的二次流动现象、各个涡系的发展以及不同叶尖间隙对流动的影响.结果表明:通道内吸力面侧二次流动明显,由于通道涡、泄漏涡的共同作用,叶轮的损失主要集中于吸力面侧靠近叶顶区域;叶轮顶部间隙增加,透平叶轮通流能力下降较慢,而效率降低较快.由于刮削流的影响,使得径向间隙变化对透平效率和质量流量的影响要比轴向间隙更明显.     

方形旋风分离器内气固两相流湍流特性的研究

应用三维颗粒动态分析仪（3D－PDA）对方形下排气旋风分离器内气固两相流场进行了实验研究，并对流场、脉动速度、颗粒浓度、湍动能、湍流强度等的分布做了讨论。方形旋风分离器的流动具有Rankine涡 的特点，即中心部分为强制涡区，边壁附近是准自由涡区。边角处因颗粒与壁面间的相互碰撞引起的准层流运动，并使得颗粒湍流脉动强烈，湍流动能和局部湍流强度在边角附近取得较大值，表明此时两相流耗了气流的能量较多，是造成分离器压力损失的主要区域之一。边角有利于颗粒分离。研究结果为结构优化提供了基础数据，并为今后的数值模拟研究提供了实验对比。     

Experimental Investigations of the Flow Field Structure and Interactions between Sectors of a Double-Swirl Low-Emission Combustor

In this paper,the flow field characteristics of a double-swirl low-emission combustor were analyzed by using Particle Imaging Velocimetry(PIV)technology in an optical three-sector combustor test rig.The interactions between sectors and the flow field structure were explained.The results illustrated that there was a big difference between the flow field structures of the middle sector and the side sector under the same pressure drop,which was mainly induced by the interactions between sectors.The interactions made the swirl intensity of the middle sector weaker than that of the side sector,which made the recirculation zone of the middle sector be smaller than that of the side sector.With the increase of swirler pressure drop,the jet velocity at the exit of the swirler,the jet expansion angle,the width of the recirculation zone and the recirculating speed of the central axis became larger,enhancing the interactions between air streams from middle sector and side sector.The flow velocity in the central plane between sectors was small,especially the radial velocity,mainly because of the loss of the swirl intensity by the interactions between flow field of adjacent sectors.The expansion angle determined the position of the vortex in the primary recirculation zone;the axial and radial position of the vortex move downstream and radial outward with the increase of the jet expansion angle.The results of the mechanism of flow field organization in this study can be used to support the design of new low-emission combustor.     

不同压水室的圆盘泵非定常特性及内部流动机理研究

针对圆盘泵的非连续叶片特殊叶轮结构,压水室的匹配设计对其整体水力特性提升具有重要意义。基于现场试验和CFX仿真分析结果,验证了湍流模型非定常仿真的可靠性。依据压水室结构参数理论分析结果,选取6种不同过流断面面积的压水室进行数值模拟和多维度内部流场分析,结果表明:随着过流断面面积的增加,6种不同压水室方案的叶轮中心呈现低压区,压力沿径向先增加后减小最后趋于相对稳定;高压区呈中心对称分布,主要位于叶轮和压水室交界并靠近叶轮出口一侧处,最大压力区域出现在压水室出口的近端位置;压水室过流面积越小,叶轮出口处漩涡越为明显,漩涡沿圆周扩散严重,随着压水室过流面积的增加,漩涡明显减弱,过流面积过大,漩涡明显加强。     

齿墩内表面不同的两种体型齿墩式内消能工的数值模拟

为了研究两种体型齿墩式内消能工对管道内部水力特性的影响,采用FLUENT软件中的κ-ε数学模型模拟分析了齿墩内表面为平面(体型Ⅰ)和齿墩内表面为圆曲面(体型Ⅱ)两种体型消能工的流场、压力场、紊动能及水力参数等.结果 表明,相同流速下齿墩内表面由曲面变为平面会扩大压强变化段长度和减小消能工出口处低压区的压强,且在大流速时...     

合成气低旋流燃烧器设计与流动结构的分析

设计了一个合成气低旋流燃烧器,采用PIV技术对不同负荷下的冷态流场进行了测量,并比较分析了不同中心射流流速对旋流流场的影响.结果表明:流场中出现中心回流区时的旋流数与中心流速无关,高旋流与低旋流的分界点为S＝0.7;流场中的轴向速度、径向速度和湍动能均关于燃烧器中心轴线对称;中心轴线上无量纲轴向速度的分布与中心射流流速(负荷)无关,燃烧器出口下游形成一个发散低速区,有利于稳定充分燃烧;随中心射流速度的增大,径向速度成正比增大,湍动能明显增加.     

交错叶片式双吸泵流动特性分析

为探究交错叶片式双吸泵的内部流动特性,本文基于CFD性能预测方法,在0.19Q_0~1.54Q_0不同流量工况下对某型号交错叶片式双吸泵全流道进行了数值模拟,并研究了泵外特性变化规律,分析泵压力、流速、流线和湍动能分布情况。结果表明:交错叶片式双吸泵效率高,额定工况下效率达到86.2%,高效区范围广,在额定流量工况附近,效率保持在80%以上;泵内部流动稳定,无明显漩涡与回流;在小流量工况下,泵内部流动变得紊乱,在叶轮流道间、叶轮与压水室交界处和隔舌附近存在明显脱流与漩涡,湍动能耗散严重,导致泵效率急剧下降。通过本文研究能对这类双吸泵的高效使用提供一定指导,并为该泵的进一步优化提供一定的参考。     

采用开缝叶片流动控制的低比转速离心泵数值模拟与试验研究

基于流动控制技术,以某型号的低比转速离心式不锈钢冲压叶轮作为研究模型,采用数值模拟和试验研究了叶片不同开缝位置(r/R)对叶轮内部能量、湍流动能及耗散率分布的影响,同时制作了开缝叶片离心泵样机模型,并进行了试验验证,分析了叶片上开缝的相对位置对离心泵的扬程及效率等外特性的影响,比较了叶片有、无开缝的性能变化。研究结果表明:叶片开缝的位置对叶轮内流体能量的分布以及获得的总压能影响较大;开缝的存在会引起离心泵内部流场的变化,在开缝的地方会产生湍动能及耗散率的突变;不同的开缝相对位置对离心泵性能影响不同,开缝的相对位置为0.875,与没有开缝叶片的离心泵相比,效率提高了1.52%,拓宽了离心泵的高效区间,在大流量时,开缝存在起到了抑制分离的产生,提高了离心泵的扬程,改善了叶轮流道中流体的流动状态。     

Numerical simulation of flow in centrifugal pump with complex impeller

Based on the Navier-Stokes equations and the Spalart-Allmaras turbulence model, three dimensional turbulent flow fields in centrifugal pump with long-mid-short blade complex impeller are calculated and analyzed numerically. The relative velocity and pressure distributions in the flowpart are obtained. It is found that the flow in the passage of the complex impeller is unsymmetrical due to the joint action between volute and impeller. The back-flow region is at inlet of long-blade suction side, near middle part of long-blade pressure side and outlet of short-blade suction side. The flow near volute throat is affected greatly by volute. The relative velocity is large and it is easy to bring back flow at outlet of the complex impeller near volute throat. The static and total pressure rise uniformly from inlet to outlet in the impeller. At impeller outlet, the pressure periodically decreases from pressure side to suction side, and then the static pressure sharply rise near the throat. The experimental results show that the back flow in the impeller has an important influence on the performance of pump.