基于动态模态分解的缸内流场演变及动能分析

采用高速粒子图像测速技术(particle image velocimetry,PIV)测量了一台直喷式光学发动机的缸内流场,利用动态模态分解(dynamic mode decomposition,DMD)算法,提取了发动机从进气冲程早期到压缩冲程后期中出现的多尺度涡团结构,量化了涡团的比动能在整个冲程阶段的衰减程度。结果表明:从进气冲程早期开始,缸内流场主要由低阶DMD模态表现的大尺度流场结构和高阶DMD模态表现的小尺度涡团结构组成;DMD模态的比动能变化可清楚地反映从大尺度流场结构到小尺度涡团的能量级联和耗散过程。同时还发现,与压缩冲程相比,进气冲程期间的流场可形成更多小尺度的涡团结构,并表现出更快的能量衰减特征,且该阶段流场能量衰减现象对发动机转速更加敏感。     

圆形截面离心压缩机蜗壳内部三维流动的测量与分析

利用五孔探针对大尺度低速离心压缩机的圆形截面蜗壳内部三维流动进行了详细的测量,给出了蜗壳螺旋通道部分径向测量截面的通流速度分布以及通流速度、总压、静压沿径向与圆周方向的分布图,并与一维计算的流量进行了比较.结果表明,各截面测量得到的流量与一维计算的趋势相同,且随着角度的增大,计算与实验之间的差别逐渐减小;另外,本试验蜗壳内的流动是复杂的三维流动,蜗壳各径向截面的通流速度沿径向的分布与动量矩守恒规律有比较明显的差别,总压沿圆周方向变化不明显.     

压缩机性能监控与诊断平台开发及应用

随着近年来炼化企业的数字化转型,越来越多的压缩机配备了信息化管理平台,然而目前大部分压缩机的信息化管理平台以监控为主,不能完全满足生产优化的需要。通过构建开发基于压缩机动态模拟的压缩机系统性能监控与诊断平台,为石化企业相关用户提供了一个针对压缩机系统进行数据监控、性能分析与参数预测的平台,并以某炼化企业110×104t/a的重油催化裂化装置的富气压缩机为例,进行了平台应用:一方面,实时展示压缩机系统的监控数据、仪表数据和模型计算数据,实现模型的软仪表功能。同时,通过模型在线计算,可展示出压缩机组的关键性能参数,为生产管理提供参考数据。另一方面,可通过动态模拟优化,随时计算不同生产工况下,压缩机系统的最佳运行数据,以帮助技术人员分析不同工况下压缩机的运行瓶颈,进而降低压缩机系统的喘振风险。     

离心式压缩机的喘振保护与经济运行

论述了离心式压缩机发生喘振的原因及其对机组的损害,提出了控制喘振的方法和经济运行方式。     

稀疏化动态模态分解算法在发动机缸内流场研究中的应用

采用大涡数值模拟方法模拟了发动机缸内冷态流场,连续计算100个周期,获得了缸内多循环流场数据库,模拟结果通过粒子图像速度场测量技术(PIV)测量试验进行了验证.然后,采用动态模式分解(DMD)算法分析动态非线性系统流场数据库,以识别其流动特性.结果表明:DMD算法能够有效识别缸内涡团脉动频率,提取对应的流场结构,有利于发现在发动机整个工作过程中具有大衰变率的不稳定流场结构.此外,改进的"稀疏化"DMD算法可有效地对最重要的流场结构进行低维近似,这将有利于寻找影响和控制发动机缸内流场动态演化的方法.     

调节阀内部流场的动态模拟及优化分析

运用动网格技术对调节阀关闭过程中不同开度的内部流场进行了动态数值模拟,基于数值模拟结果分析了阀门的流动特性,并与试验结果进行比较,结果表明与试验数据十分吻合。此外,对流场中的流线、漩涡和压力分布等参数进行分析,从考虑减小流场中漩涡的范围和减小能量损失为目的对阀门流道进行优化构思,为调节阀的优化设计提供可靠的依据。     

离心压缩机喘振实测方法与分析

对离心压缩机喘振机理及喘振对机组的影响进行了研究,给出压缩机喘振实测的必要性和可行性。 根据某空气压缩机发生喘振时,在不同人口导叶角度下测得人口流量、出口压力,从而得出该人口导叶角度 条件下的最小流量,从而得到导叶不同角度条件下的喘振线。比较实际喘振线与主机厂家给出的预期喘振 线,实际喘振出口压力比预期喘振压力高16% ~ 19%,从而得出该压缩机喘振实测很有必要。准确的压缩机 喘振线为压缩机安全、节能创造了条件,并对此类压缩机的安全、高效和更加节能的控制给出指导。     

基于经验模式分解和时间序列分析的风电场风速预测

针对风速时间序列的非线性和非平稳性,该文提出将经验模式分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和时间序列分析方法相结合对风电场风速进行预测,以探寻更为准确有效地风速预测方法.首先,运用EMD对原始风速序列进行预处理,将其自适应地分解成一系列不同尺度的模式分量,这样能够突出原始风速时间序列不同的局部特征信息;然后,分析各分量,根据其变化规律,采用时间序列分析法分别建立相应的模型并进行预测,这样既简化了建立的模型又降低了预测的成本;最后将各分量的预测值叠加得到风速序列的预测值.算例结果表明,该方法大幅提高了风速预测精度.     

基于均匀设计和遗传算法的离心压缩机叶片优化设计

将均匀设计、CFD技术、回归分析方法与遗传算法相结合,发展了一种离心压缩机叶片优化设计方法.均匀设计用来生成试验样本点几何信息,各样本点性能评估分析则借助CFD技术完成,回归分析方法用于对样本点的信息进行函数逼近,最后由遗传算法对回归分析得到的逼近函数进行全局寻优.以极大化等熵效率为目标函数,将该优化方法应用于某离心压缩机叶片优化设计.结果表明:与初始叶轮相比,优化后叶轮的等熵效率有了一定的提高,说明该优化方法是有效的.     

超临界氦气离心压气机流场分析

设计了一个包含离心叶轮、扩压器和回流器的单级超临界氦气离心压气机,并采用数值模拟方法对设计结果进行了三维数值模拟分析。通过对总特性、叶表压力分布、展向参数分布以及三维流场的分析,得到了高负荷超临界氦气离心压气机各部件内部的典型复杂流动特点。研究结果表明：相比常规工质,超临界氦气离心压气机单级压比较低,但叶轮与扩压器的负荷和级效率较高,且超临界氦气整体流动为亚音流,只在叶片前缘局部出现超音区。     

叶顶微射流对小型高负荷离心压气机性能及流场结构的影响

以某小型高速离心压气机为研究对象,采用数值方法研究了微射流对压气机性能和叶轮叶顶流场结构的影响。研究结果表明：射流为1%设计流量时,失速裕度能够提高3.12%,稳定工作范围拓宽28.17%;在设计点,原型离心压气机叶顶来流马赫数达1.8以上,叶顶存在复杂激波/间隙泄漏流干扰,工作稳定性较差,微射流改变了“λ”状的激波结构,使前缘激波的强度减弱,后掠角度减小,并且降低了叶顶的负荷水平;微射流能够抑制间隙泄漏流的周向运动,并削弱激波/间隙泄漏流之间的相互作用,间隙泄漏涡不易发生破裂、溃散,极大增强了压气机工作的稳定性。     

离心压缩机扩容改造中的转子动平衡

论述了多项离心压缩机扩容改造工程的转子动平衡正反两方面经验,分析了低速动平衡和高速动平衡的特点,得到了离心压缩机扩容改造中转子平衡的几点规律。     

基于SPOD方法的压气机转子叶顶区域非定常流动分析

为了研究叶顶区域非定常流动特性,对跨声速轴流压气机转子NASA Rotor37在多工况下进行了三维非定常数值模拟,采用谱本征正交分解（Spectral Proper Orthogonal Decomposition,SPOD）方法从叶顶区域流场中提取出时空耦合的单频相干结构进行分析。研究结果表明：相比于常规分析方法,SPOD方法能够高效地从非定常流场中识别出流动特征,有助于揭示叶顶区域流动规律;在“小流量”工况下叶顶区域流动呈现出强的非定常性,且随着质量流率的减小叶顶区域非定常流动增强、波动范围增加、波动频率呈现出“阶跃式”下降;造成叶顶区域流场非定常周期性波动的主要原因是叶顶间隙泄漏涡破碎区的扰动以及叶顶间隙泄漏涡破碎后与主流相互作用所形成的叶尖二次涡的波动。     

Experimental Study on Inducement and Development of Flow Instabilities in a Centrifugal Compressor with Different Diffuser Types

A centrifugal compressor is a typical compressed air energy storage device. In order to ensure the safety of the compressed energy storage process in the compressor, the internal unsteady flow phenomena need to be closely monitored, especially some serious ones like stall and surge. It is necessary to explore the mechanism of flow instabilities under different conditions. A centrifugal air compressor was tested with a vaneless diffuser and a variable vaned diffuser with five different vane setti...     

离心压气机不同结构方案的内部流场数值模拟与试验对比

针对离心压气机的传统设计,提出一种简化压气机设计的方法,该方法采用三维流场结合SLS快速成型样机的方法,在对不同结构方案的压气机输出流量、压力等参数进行数值模拟的基础上设计,制造了压气机样机,并进行了试验.使压气机具有结构简单,体积小,制造简单,可靠性高等优点.表明采用该方法设计可为以后增压器的压气机相关研究提供有益参考.     

带无叶扩压器离心压气机的稳定性分析

结合实验数据,采用数值模拟方法对某带无叶扩压器离心压气机的性能与稳定性进行了详细分析,比较了设计点与近失速点下无叶扩压器内部的流动特征．结果表明：在发生喘振瞬间,扩压器进口最先出现了压力崩溃;扩压器进口流动特别是轮盖侧流动是导致压气机失稳的重要因素,对扩压器进口逆叶轮旋转方向的轮盖侧啧蒸汽能够提高扩压器的稳定性．     

考虑进气预旋的离心压缩机流动的数值分析

对某单级离心压缩机内的流动进行了数值模拟.计算结果表明,扩压器内压力最大的位置出现在蜗舌附近;当进口无预旋或预旋不大时,叶轮内流动参数的周向分布和一周叶片的受力情况是不对称的;在进口大预旋条件下,除蜗舌附近的周向位置外,叶轮内流动参数和主叶片受力趋于周向对称分布.     

高转速径向进气离心压气机流场特性分析

以数值模拟的方式对某小型离心压气机内部三维流场进行了详细的研究,得到相应的特性曲线与主要的参数分布。计算结果的分析表明,在设计点其结果与设计值基本吻合;在堵塞状态时径向扩压器和轴向扩压器中都存在不同程度的分离,尤其是轴向扩压器中分离现象更为严重,这些都造成了不同程度的气流损失,导致了效率的降低;数值计算结果对进一步改进此类压气机设计有一定参考价值。     

离心压气机无叶扩压器设计研究

为研究无叶扩压器不同几何设计参数对离心压气机性能的影响,利用数值模拟方法,针对叶片数为16、压比为4.2、流量为0.9 kg/s的离心压气机通过改变其无叶扩压器叶轮出口处的叶高W₁、扩压器出口高度W₂、叶轮出口半径R₃、扩压器收缩段半径R₄和扩压器出口半径R₅的值进行仿真计算。分析数值模拟结果表明：W₂/W₁在0.82以下,应调整(R₄-R₃)/(R₅-R₃)的值在0.35以上,若(R₄-R₃)/(R₅-R₃)的取值偏小会造成收缩段后部发生边界层分离的情况,流动损失增加,导致压气机效率下降;W₂/W₁在0.82以上,应调整(R₄-R₃)/(R₅-R