涡轮叶顶间隙形态的优化

以某航空发动机上的涡轮叶顶间隙形态为研究对象,采用数值仿真分析手段,讨论了叶顶间隙的参数化建模、设计优化集成以及间隙形态的设计优化等问题。对涡轮流场细节的分析表明,计算结果与试验数据吻合较好,优化后的涡轮绝热效率提高了0.395%。     

小型风扇叶顶间隙内部流动数值模拟

通过对不同叶顶间隙小型风扇内部数值模拟,得出不同叶顶间隙小型风扇的静特性曲线、相同S面间隙涡流变化及叶顶到机闸内表面各回转面涡流变化.研究得出:当流量Q小于0.006 5 m3/s时,4个不同叶顶间隙的总压变化趋势一致,均随叶顶间隙的增加总压减小.流量增加时,叶顶间隙为2.5 mm时性能较好;在相同S面上,间隙涡流现象...     

某型发动机高压涡轮叶尖间隙变化规律及影响分析

开展高压涡轮叶尖间隙变化规律及对应排气温度的影响规律研究,掌握发动机性能衰减情况并开展相应的结构优化,对提升发动机性能保持能力具有重要意义.通过分析某型发动机分解过程实测高压涡轮间隙数据,得到间隙随工作时间的变化规律,并将间隙与实测排气温度进行对比,得到间隙对排气温度的影响规律,在此基础上提出高压涡轮间隙控制结构优化方...     

微型轴流风扇叶顶间隙内泄漏流动的数值模拟

运用FLUENT软件对一种微型轴流风扇内部的非粘性三维流场进行数值模拟,获得了风机内部叶顶间隙内流动规律.对叶顶间隙泄漏涡流的形成和发展作出了比较详细的分析,得到随叶尖间隙的增大,泄漏流动形成泄漏涡,旋涡强度随叶顶间隙的增大(从0.5 mm增大到6 mm)迅速增大到最大值,之后叶顶间隙继续增大,泄漏涡范围增大,但强度不再继续增大.经分析还得到叶顶间隙涡产生于吸力面近叶顶区域,并朝相同流道叶片的吸力面向尾缘方向发展.其结论为进一步弄清叶顶泄漏涡流的流动机理以及为微小型轴流风扇的优化设计都提供了依据.     

氦压气机转子叶顶间隙结构研究

为了解决高负荷设计方法导致高负荷氦气压气机叶顶泄漏问题,本文采用数值模拟的方法,对氦压气机转子叶顶间隙泄漏涡形成机理、转子上端壁间隙结构控制机理及其对叶顶间隙泄漏涡的控制作用进行了研究。结果表明:氦压气机转子叶顶前缘单侧槽对叶顶间隙泄漏损失的控制效果最为明显;槽的坡度为30°时,氦压气机转子的性能改善幅度最大;叶顶间隙越大,叶顶前缘单侧槽的有效性越强,当叶顶间隙为1 mm时,能够使压气机转子的绝热效率提高0. 15%。该研究能有效控制叶顶间隙泄漏损失,提高压气机设计点性能。     

一个典型舰船动力涡轮三维粘性流动的数值分析

采用由Menter提出的实质为κ-ω模型发展而来的两个双方程湍流模型Baseline Model(BSL)及Shear Stress Transport Model(SST)，通过求解三维粘性可压缩Favre平均N—S方程，对一个典型舰船燃气轮机四级动力涡轮进行了三维粘性流动数值模拟的对比计算，其中动静叶间隙未作轴向延伸和采用“混合平面”方法传递级间参数，而且两种方案的计算结果均与可以利用的设计参数总体符合良好．三维数值模拟不仅清晰揭示了舰船燃气轮机动力涡轮的流场结构，而且表明子午型面技术和先进“后部加载”叶型的组合设计是其具有优良气动性能的主要原因．     

基于流固耦合的涡轮叶顶喷气冷却特性研究

高温燃气在涡轮动叶叶顶产生的泄漏流不但降低了涡轮效率,更是加剧了叶顶的热负荷. 本文基于实验模型,采用流固耦合的数值计算方法,研究了涡轮凹槽叶顶的间隙流与冷却射流相互作用的流动机理以及顶部喷气冷却对凹槽壁面换热效果的影响,重点分析了吹风比、冷却孔倾斜角、冷却孔进气角以及固体材料导热系数对壁面Nu数的影响. 结果表明: 大吹风比（M=1.5）能有效改善凹槽近压力面一侧肋条及底部的换热,Nu数分布更加均匀；进气角产生的“喷射效应”改变了冷却气流高速区的出口相对位置,当进气角大于0°时,冷却气体能有效阻隔高温流体使壁面Nu数降低；低导热系数材料降低了气流对固体壁面的对流换热,使得壁面的对流换热更加均匀.      

滑阀先导式高压气动减压阀间隙泄漏特性研究

针对高压气动减压阀中滑阀式先导阀的缝隙泄漏,建立了考虑泄漏影响的数学模型,对减压阀工作条件和先导阀结构参数等影响因素进行了仿真.结果表明,降低减压阀输入压力、提高输出压力以及提高先导阀节流窗口宽度比等都能有效减少泄漏,仿真分析了泄漏对减压阀压力响应的影响,结果表明,泄漏能提高压力响应速度,但增大了压力超调且降低了压力稳定性,严重时还能导致振荡.仿真结果对于减压阀优化设计及其合理应用有较大参考价值.     

某高压涡轮第一级导叶传热设计计算

为进一步提升燃气轮机涡轮效率,优化冷却结构设计,以某高压涡轮第一级导叶为研究对象,基于数值模拟方法自编Matlab传热程序,结合CFX叶片三维温度场导热进行计算,包括基于管网计算的方案设计和三维传热计算．针对该叶片的特点重新设计了冷却结构．结果表明:叶片局部出现约1 700 K高温区,但尾缘扰流冷却结构增强了换热系数,叶片平均温度较低,约1 300 K．从该导叶的设计过程及计算结果可看出,所使用的冷却结构设计平台可高效完成冷却结构方案设计及三维温度分布验证计算．     

低雷诺数涡轮叶栅损失的实验与数值模拟研究

发动机涡轮部件在高空低速飞行条件下工作雷诺数降低，其损失显著增大、效率显著降低。本研究的目的是应用实验分析与数值模拟相结合的方法，深入认识高空低雷诺数条件下涡轮流动损失的特征和规律，数值计算是基于Jameson中心差分格式和Runge-Kutta时间推进的方法求解N-S方程完成，实验是在西北工业大学低速涡轮平面叶栅实验风洞进行。研究表明，随着雷诺数降低，涡轮叶栅流动损失增大，当雷诺数小于40000之后，涡轮叶栅流动损失呈明显增大的趋势。数值计算结果表明在低雷诺数条件下，涡轮叶栅吸力面后部流动产生了分离，这是流动损失增大的主要原因。数值预测的结果与实验测量结果的趋势吻合得相当好。     

深海高压舱密封性能评价研究

为了确保基于O形橡胶密封圈的深海高压舱实现可靠密封，避免因经验设计带来的密封失效，提出了通过计算O形橡胶密封圈密封工作时的最大接触应力来判断密封可靠性和安全裕度的评价方法.采用超弹性单元HYPER56建立了O形密封圈的有限元分析模型，计算了高压舱O形密封圈在承受内压时的应力分布.计算结果表明,当O形圈的预压缩量小于1 mm 时，增大O形圈的预压缩量，可以显著提高O形圈的最大接触应力；当O形圈的预压缩量大于1 mm 时，增大O形圈的预压缩量对提高O形圈的最大接触应力贡献不大；当O形圈的预压缩量大于0.6 mm时，O形圈的最大接触应力始终大于密封压力，高压舱能可靠实现60 MPa的密封.对上述结论进行了高压密封实验，实验结果表明，当O形圈的预压缩量为0.8 、1 和1.2 mm时，高压舱能可靠实现60 MPa的密封；通过计算当O形橡胶密封圈密封工作时的最大接触应力，可以对高压密封舱的密封性能做出正确判断.     

Experimental investigation on unsteady pressure fluctuation of rotor tip region in high pressure stage of a vaneless counter-rotating turbine

An experimental investigation has been performed to study the unsteady pressure fluctuation of rotor tip region in high pressure stage of a vaneless counter-rotating turbine. The experiment is carried out on a blow-down short duration turbine facility. The investigation indicates that the blow-down short duration turbine facility is capable of substituting continuous turbine facilities in most turbine testing. Through this experimental investigation, a distinct blade-to-blade variation is observed. The results indicate that the combined effects of vane wake, tip leakage flow, complicated wave systems and rotor wake induce the remarkable blade-to-blade variations. The results also show that the unsteady effect is intensified along the flow direction. Supported by the Award Fund of the President of CAS     

小翼对水平风力机流场特性的改变

实验和数值模拟已经证明了风力机叶片的叶尖添置小翼,可以提高风能转化效率。为了清楚地了解小翼对风力机动力放大的影响,对加小翼和不加小翼的风力机流场——速度场和压力场的特性进行了分析。这个分析是基于对风力机加V(8.8×8)型小翼和不加小翼时叶轮周围流场数值模拟的结果。可以看出小翼对风力机的叶端产生的影响较大,即加大了风力机叶端的压差和速度。同时结合一定位置的压力和速度图的分析,可以看出小翼使风力机叶尖的漩涡强度降低,提高了能量的转换,从而提高了效率。     

超微间隙磁头动态浮动机理的研究

本文重点探讨了考虑二阶速度边界条件的动态方程有限元模型及相应的计算方法,比较并分析了二阶与一阶边界条件的计算结果及计算精度。文中结合磁头动态浮动特性的研究,对浮动机理作了进一步的探讨。     

构皮滩水电站水垫塘高边坡稳定分析

采用弹塑性有限单元法对构皮滩水电站水垫塘高边坡施工开挖进行了仿真模拟计算.对边坡的变形、应力状态、塑性区分布等进行了分析评价.计算结果表明:边坡整体是稳定的,但各级边坡的坡顶部位存在一定范围的拉应力区,坡脚部位分布有一定范围的压剪屈服区,对这些部位应加强支护.计算成果对边坡的合理支护具有一定的指导作用.     

高水头闸门止水元件的非线性仿真分析

根据高水头闸门止水元件的工作特点,采用改进的门尼-里夫林模型进行非线性有限元仿真分析,并比较2种不同特性的止水元件在工作过程中的应力与变形规律以及粘弹性变化特点.仿真计算表明水封设计时选择硬度较小,适应变形能力较优且接触应力较大的止水元件能更有效地止水,计算成果为解决工程实际问题提供了科学合理的依据,并为类似工程设计提供了有益的参考.     

Numerical predictions and stability analysis of cavitating draft tube vortices at high head in a model Francis turbine

Draft tube vortex is one of the main causes of hydraulic instability in hydraulic reaction turbines, in particular Francis turbines. A method of cavitation calculations was proposed to predict the pressure fluctuations induced by draft tube vortices in a model Francis turbine, by solving RANS equations with RNG k-turbulence model and ZGB cavitation model, with modified turbulence viscosity. Three cases with different flow rates at high head were studied. In the study case of part load, two modes of revolutions with the same rotating direction, revolution around the axis of the draft tube cone, and revolution around the core of the vortex rope, can be recognized. The elliptical shaped vortex rope causes anisotropic characteristics of pressure fluctuations around the centerline of the draft tube cone. By analyzing the phase angles of the pressure fluctuations, the role of the vortex rope as an exciter in the oscillating case can be recognized. An analysis of Batchelor instability, i.e. instability in q-vortex like flow structure, has been carried out on the draft tube vortices in these three cases. It can be concluded that the trajectory for study case with part load lies in the region of absolute instability (AI), and it lies in the region of convective instability (CI) for study case with design flow rate. Trajectory for study case with over load lies in the AI region at the inlet of the draft tube, and enters CI region near the end of the elbow.     

预应力钢筒混凝土管(PCCP)的数值仿真分析

根据预应力钢筒混凝土管的结构型式及特点,分析国内外有关PCCP数值研究现状.采用大型有限元分析软件ANSYS研究PCCP从制造、施工到运行的各个阶段的力学特性,采取依次施加预应力、管自重、回填土压、流体自重及内水压力等荷载方法研究PCCP的结构受力特性,得出PCCP的变形、应力、裂缝在不同荷载作用下的变化规律,以及裂缝出现后PCCP的应力重分布方式,为PCCP的设计制造和运行管理提供数值仿真分析方法和路线.     

大型风力发电机塔架结构的固有频率分析

应用Receptance法建立了一种预测大型风力发电机塔架结构固有频率的理论模型.为了验证理论模型的有效性,应用理论模型对风力发电机(750 kW)塔架结构的固有频率进行了计算,并将该结果与有限元分析和实测的结果进行了对比.结果显示3种方法获得的一阶固有频率十分接近,由此表明该理论模型具有良好的可靠性,可为预测大型风力发电机塔架的固有频率提供参考.