涡轮流量计在脉动流中的特性研究

本文对涡轮流量计在脉动流中的特性进行了研究。利用涡轮流量传感器的数学模型,求出了在正弦脉动流作用下的角加速度与脉动频率及振幅的理论关系式,通过对不同脉动频率和振幅下涡轮流量计误差的编程计算,总结并验证了脉动流对涡轮流量计误差的影响规律。     

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...     

时序效应对双级涡轮非定常流场和性能的影响

采用非定常雷诺平均的数值模拟方法,针对GEE3双级涡轮的一级转子和二级静子的时序效应对内部三维非定常流动的影响机制进行了深入分析。研究发现一级转子时序效应不会引起二级静子进口流动条件发生改变。不同的静子时序位置,1.5级涡轮时均效率相差不到0.1%;但改变了损失沿展向的分布,使时均效率沿展向位置的变化剧烈。不同的转子时序位置,双级时均总效率沿展向分布不同,在中径处最大差值为0.4%,效率变化最明显的位置处于80%展向高度以上接近叶尖的区域。各转子时序位置对应两级时均效率没有发生改变。     

进口旋流条件下径流涡轮性能异化机制研究

可调两级增压系统中的低压级涡轮受高压级涡轮及上游管道的影响，其进口流场存在较强的旋流，进而该涡轮性能较均匀直流进气条件时呈显著异化现象。针对该问题，本文基于旋流发生器手段，开展进口旋流条件对径流涡轮性能影响的机制研究。结果表明，旋流改变了涡轮进口处的流场分布形态，并在蜗壳通道内产生周向畸变，从而改变周向上各叶轮进口的气流分布，造成蜗壳和叶轮内的显著流动损失异化。随着旋流强度的增大，涡轮效率的下降幅度越大，最大下降约4.1%。该研究探明了不同进口旋流条件下径流涡轮性能的异化机制，为两级可调增压系统高效涡轮设计提供了理论参考。     

增压器涡轮转／静交界面处理方法的影响分析

使用NUMECA流场计算软件,研究了采用混合面方法、转子冻结方法和非定常方法处理转／静交界面对汽车用涡轮增压器向心涡轮流场计算结果的影响。结果表明：不同交界面处理方法对下游转子流场影响不大．但对交界面两测总温、总压的守恒有较大影响;对于向心涡轮的计算,混合面方法的计算精度较差,转子冻结方法能够达到非定常方法的精度水平,而且计算时间相对较少。     

动静干涉下低压涡轮非定常气动载荷研究

为研究动静干涉下轴向间距和尾缘锯齿结构对低压涡轮叶片非定常气动载荷的控制作用,对高效节能发动机(energy efficient engine,简称E3)低压涡轮最后一级的内部流场进行了数值仿真,研究了不同轴向间距和静叶尾缘锯齿结构两种情况下,下游动叶表面非定常气动载荷的变化规律。研究发现：增大轴向间距可以加强尾迹与主流的掺混,消除气流不均匀性,削弱下游动叶表面的非定常气动载荷;静叶采用尾缘锯齿结构不仅可以加强尾迹与主流的掺混,同时还会改变尾缘处的涡结构,对下游动叶前缘产生破坏性干涉效应,使其最大载荷波动降低约30%,减少静叶尾迹速度亏损75.7 m/s,还能适当提升涡轮的流通能力和时均效率。与采用直尾缘静叶的模型相比,采用锯齿尾缘静叶不仅能大幅度地改善涡轮的转静干涉效应和气动性能,还能在不影响涡轮效率的前提下,将涡轮轴向间距缩短10%。     

汽车冷却水泵小流量工况下非定常空化特性研究

针对汽车冷却水泵的空化问题,对小流量工况下非定常空化特性及其对压力脉动的影响进行了研究。采用SST k-ω湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri (ZGB)空化模型,对水泵在典型空化状态下的流场进行了数值模拟研究,得到了小流量工况下叶轮内的非定常空化流动特征和空泡的时空演变规律;对蜗壳上的压力脉动进行了频谱分析,得到了不同空化条件对压力脉动的影响;通过泵的空化实验,对数值模拟结果进行了验证。研究结果表明:随着空化余量的减小,各监测点压力脉动峰的峰值和主频幅值逐渐增大,特别是隔舌位置处的压力脉动变化最为显著;泵内的空泡表现为不对称分布,主要集中在叶片前缘位置以及后盖板靠近叶轮进口位置,并随着空化的加剧,空泡体积分数逐渐增大。     

S形下卧式轴伸贯流泵装置叶片区压力脉动特性研究

为研究S形下卧式轴伸贯流泵装置叶片区压力脉动特性,采用非定常CFD方法对不同工况时泵装置进行了全流道三维非定常流场数值计算,通过在叶片区设置监测点以获得叶片区关键位置的压力脉动数据,并进行频谱分析。通过与实测泵装置扬程和效率对比,证明该方法能较准确地反映泵装置内部非定常流动特征。研究表明:高效工况和大流量工况时,转轮进口和出口的脉动幅值从轮缘向轮毂侧逐渐减小,小流量工况时未呈现该规律,各工况时转轮进口和出口脉动主频受叶频控制。流量系数KQ在(0.368~0.552)范围内转轮进口处同一监测点的压力脉动幅值随流量增大而降低,转轮与导叶体间的脉动幅值随流量的增加先减小后增大,在高效工况附近脉动相对最小。导叶体出口的压力脉动主频受叶频的影响较小,未与导叶体叶片数成规律。     

双向轴流泵装置性能预测与内部流动分析

对一采用S形叶片的双向轴流泵装置进行数值研究,在不同流量工况条件下分析泵的正、反向运转性能,对该泵的瞬时启动过程进行了监测并对泵内的非定常空化现象进行了分析。研究表明,正、反向运转时,泵的性能存在明显的差异,反向的扬程和效率均高于正向;在泵正向启动过程中,叶轮背面进口边产生空化区,反向运转时未发生明显的空化现象;两种运转模式下,叶轮进出口断面上压力脉动特征频率分布相似,但叶轮进口的压力脉动幅值较高。     

气动式涡轮泵泄漏检测与诊断系统研究

采用检测气体压力的方法，研究一种针对涡轮泵泄漏现象进行故障诊断的系统，采用小波方法对检测到的压力参数进行去噪，用泵的液体压力脉动信号进行解调，通过气压信号的缓变量以发现涡轮泵是否存在泄漏。研究结果表明，利用气体压力信息实现涡轮泵泄漏的及时检测是可行的。     

矩形带肋通道中脉动流强化换热数值研究

为了提高燃气轮机叶片内部对流冷却,采用脉动蒸汽流取代稳态蒸汽流作为内冷介质。利用数值计算方法研究脉动蒸汽流在矩形带肋通道中的强化换热能力。通过与稳态蒸汽流的对比,分析了非稳态脉动流的脉动频率、脉动幅值和雷诺数对换热效果的影响。计算结果表明,脉动流对换热的影响取决于流体压力梯度的大小,当脉动的蒸汽处于逆压梯度区间,逆压梯度越大瞬态换热更强。而顺压梯度有稳定流体的作用,在顺压梯度时间区间,有瞬时的换热甚至低于稳态流体冷却的情况出现。     

Inlet Recirculation Influence to the Flow Structure of Centrifugal Impeller

Inlet recirculation is proved as an effective way for centrifugal compressor surge margin extension,and is successively used in some engineering applications.Unfortunately its working mechanism is still not being well understood,which leads to redesigning of inlet recirculation mostly by experience.Also,most study about inlet recirculation is steady to date.It is necessary to study surge margin extension mechanism about inlet recirculation.To expose the mechanism in detail,steady and unsteady numerical simulations were performed on a centrifugal compressor with and without inlet recirculation.The results showed that,with inlet recirculation,the inlet axial velocity is augmented,relative Mach number around blade tip leading edge area is significantly reduced and so is the flow angle.As the flow angle decreased,the incidence angle reduced which greatly improves the flow field inside the impeller.Moreover,inlet recirculation changes the blade loading around blade tip and restrains the flow separation on the blade suction side at the leading edge area.The unsteady results of static pressure around blade surface,entropy at inlet crossflow section and vorticity distributions at near tip span surface indicated that,at near stall condition,strong fluctuation exists in the vicinity of tip area due to the interaction between tip leakage flow and core flow.By inlet recirculation these strong flow fluctuations are eliminated so the flow stability is greatly enhanced.All these improvements mentioned above are the reason for inlet recirculation delays compressor stall.This research reveals the surge margin extension reason of inlet recirculation from an unsteady flow viewpoint and provides important reference for inlet recirculation structure design.     

调速型液力偶合器制动工况流场分析

基于三维多相流动理论和计算流体动力学(CFD),对调速型液力偶合器制动工况下的非稳态两相流动进行数值模拟。结果表明:泵轮流道的压力分布较规律,沿径向成比例逐渐增大,而涡轮流道的内部流动则较复杂;涡轮吸力面出现了小范围的不规则流动现象;中间轴面的速度分布较复杂,涡轮速度小于泵轮速度;Interface中部的低速区出现降低偶合器效率的二次流。对调速型液力偶合器制动工况进行流场分析,揭示其泵轮和涡轮的流场流动规律和特性,有助于指导液力偶合器的设计,提高偶合器的性能。     

液力变矩器泵轮内流场非定常流动现象研究

液力变矩器内部为复杂的三维非定常湍流流动,为分析变矩器泵轮内部三维非定常流动特性,建立液力变矩器非定常计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)仿真分析模型,并通过激光多普勒测速(Laser Doppler anemometry,LDA)技术手段对该模型进行验证分析。研究泵轮转速800 r/min,速比为0.6工况下,不同涡轮和导轮位置,对于泵轮内流场非定常流动现象的影响。结果表明:该非定常CFD模型结果与LDA测试结果相吻合,且能够较为准确地反映泵轮内流场非定常流动状态,作为泵轮流场的上游,相对于涡轮对泵轮内部流动的影响,导轮对泵轮内流动状态的影响较大,并主要影响泵轮入口面附近。涡轮主要影响泵轮内流场中间面到出口面的尾流低速区,但影响幅度相对于导轮较小。     

Numerical study of a two-stage turbine characteristic under pulsating flow conditions

With developments of turbo-compounding and two-stage turbocharging technologies, two-stage turbine is increasingly applied in automotive engines. This paper numerically investigates the characteristic of a two-stage turbine on a turbo-compound engine under pulsating flow conditions. The behaviors of turbine stages with the swallowing capacity ratio (SR) equals to 2.0, under low, mid and high load conditions were studied. Results show that the Low pressure turbine (LPT) is more sensitive to the pulsating flow, especially at low load conditions, compared with High pressure turbine (HPT). It is caused by the dramatic change of velocity ratio in LPT. Results also show that the load split between HPT and LPT under pulsating flow conditions deviates from that at quasi-steady conditions, indicating the different behaviors of the two-stage turbine under pulsating conditions.     

双流道泵内非定常流动数值模拟及粒子图像测速测量

为探讨双流道泵内部的非定常流动机理,采用Fluent软件,基于滑移网格技术、 湍流模型计算了一双流道泵在不同工况下的内部流动,并将计算结果与粒子图像测速仪(Particle image velocimeter, PIV)实测结果进行比较。结果表明：计算所得双流道泵内部流场符合叶轮机械内部流动的一般规律,且与PIV实测结果总体变化趋势一致;由于双流道泵结构特殊,其进口处的流动状态与普通叶轮相差较大,出口处的流动状态与普通叶轮类似;叶轮进口处,流体基本沿流道吸力面流动,流道工作面上的相对速度很小,存在严重的脱流和旋涡;叶轮出口处,压力面和吸力面的速度趋于相等,射流—尾迹现象并不明显;由于叶轮—蜗壳动静干涉,两个叶轮流道内的静压分布有所不同;同一流道内,静压随着半径的增加而逐步增大,压力面侧静压大于吸力面侧;蜗壳流道内静压随半径增大,最大静压值在隔舌处。此项研究不仅加深了人们对双流道泵内非定常流动图画的理解,从而进一步完善双流道泵设计方法,同时也可为其他类型泵的内流研究提供借鉴。     

基于涡轮增压器轴流涡轮在多场耦合作用下的力学分析

涡轮增压器在航空航天、船舶、汽车等工业已经大量的应用,其中涡轮是较为重要的构件,目前对涡轮强度的分析还较少。根据涡轮增压器研制要求,利用MSC.Nastran对该涡轮增压器轴流涡轮在最高结构转速及温度场耦合作用下涡轮的应力、位移情况,并且考虑涡轮前后不同进出温度温度对涡轮的影响。经过分析,涡轮及叶片在不同温度和最高转速作用下,并未发生屈服,满足力学安全性,为该涡轮增压器轴流涡轮的设计、制造提供参考。     

The characteristics investigation under the unsteady cavitation condition in a centrifugal pump

Numerical simulation and experimental method are combined to investigate the pump inlet and outlet pressure fluctuations, the vibration characteristics and the internal flow instabilities under the unsteady cavitation condition in a centrifugal pump. It is found that the unsteady cavitation starts to generate as the NPSHa is lower than 5.93 m. Apparent asymmetric and uneven cavity volume distribution on each blade and in the impeller can be observed as the NPSHa decreases from 4.39 m to 1.44 m, which includes the cavitation develops from cavitation surge, rotating cavitation to asymmetric cavitation. The flow vortexes in each blade channel are produced in the cavity trailing edges by the shedding and collapse of cavitation, which interfere with each other and aggravate the flow instabilities. The dominant frequencies of the pump inlet and outlet pressure fluctuations are the shaft frequency and blade passing frequency under the unsteady cavitation conditions, respectively. Broadband pulses are obtained from both the pump inlet and outlet pressure pulsations, which results from the random shedding and collapse of unsteady cavitation bubbles. Obvious corresponding relationship between the root mean squares of the vibration measured in different positions and the suction performance curve is found under both the non-cavitation and unsteady cavitation conditions.

     

液电混合直线驱动系统耦合特性及位置控制

液压系统与电-机械系统是广泛应用于航空航天、工业、非道路移动机械等领域的两种不同驱动方案。在实际中,两者通常单独使用,电-机械驱动方案能效高,但承载能力弱,液压驱动方案功率密度大、动态响应快,但能量效率低。为此,结合两个驱动方案优点,集成设计电-机械执行器与液压缸,构建一种新型液电混合直线驱动系统,分析系统工作原理及两个非相似驱动子系统耦合特性、力纷争现象及其影响。在此基础上,提出一种电-机械驱动单元运动控制与液压驱动单元力控制的调控方案。研究结果表明,采用所提调控方案可减轻两个非相似驱动子系统耦合作用,在液压阀低压损的同时,可获得良好的位置控制特性。新型液电混合直线驱动系统将为液压系统和电-机械系统的进一步发展提供新思路。