离心叶轮机械内部流动的研究进展

随着测量技术及数值算法的不断进步,叶轮机械内部流动研究有了很多新的进展.本文就半个世纪以来离心叶轮机械内部流动的实验及数值模拟研究进行了评述,根据作者掌握的文献,着重在以下几方面展开综述:叶轮内部流动、叶顶间隙泄漏流动、扩压器内部流动及叶轮与扩压器相互作用的非稳态流动等等.文中分别阐述了国内外学者在上述流动研究方面的主要成果,指出了这些研究的特点及其不足,分析了我国在这些领域与国际水平的差距,并结合作者自己的研究工作对离心叶轮机械内流研究提出了建议.

粒子图像速度场仪用于叶轮机械内流测量的研究

介绍国内外利用粒子图像速度场仪（PIV）对叶轮机械内部复杂流动测量的研究进展,分析了针对叶轮机械内流测量的二维PIV系统的特点,并概括了目前在叶轮机械测量方面已取得的研究成果,最后预期了PIV技术未来的发展方向。

基于叶型和叶栅稠度改进调节门性能的实验研究

对某风机的常规调节门进行了改进，用双直线叶型替代原直叶片叶型，采用提高调节门小半径处叶片的弦长来增加叶栅稠度．针对改进后的调节门，采用五孔探针对调节门后的流动参数进行了详细的测量．结果表明：采用双直线叶型可以减小调节门的阻力系数并增加调节门的预旋系数，当叶型两直线间的夹角为20°时效果较好；另外，增加叶片弦长可以比较明显地增加调节门的预旋系数，而阻力系数基本保持不变；预旋作用的增大对提高调节门的调节能力和节能效果均有比较明显的作用；该实验使用的离心风机的调节门叶片角度在50°～90°的范围内时，相同流量下风机功率减小2％～3％．根据总体性能分析，为消除由于叶片角度初始位置定义不同带来的影响，可以考虑采用旋阻曲线来反映调节门的性能．

离心风机平板直叶片调节门的实验研究

为了改进风机调节门的性能和作用,采用五孔探针对平板直叶片调节门前后的流动进行了详细的测量,得到了流动参数沿流动方向的衰减变化规律.实验分析结果表明：调节门导致其下游流动沿半径方向的分布很不均匀,而沿圆周方向的分布比较均匀,对其上游流动的分布形态影响很小;阻力系数和预旋系数随调节门叶片角度的增大而增大,但在叶片角度大于40°-50°时阻力系数的增加明显快于预旋系数.针对风机调节门的流动特性,采用预旋系数、阻力系数做为全面评价风机调节门性能的主要指标是可行的.从兼顾流动均匀性和预旋两方面因素考虑,从调节门出口到叶轮进口之间的最佳距离约为叶片平均弦长的4-8倍.根据调节门流动参数沿径向、周向和沿轴向的分布特点,提出了加大调节门流道中心处叶片的弦长、改进平板直叶片叶型及优化最佳叶栅稠度等参数的建议.

横向紊动射流的数值与实验研究进展

横向紊动射流作为流体运动的一种重要类型,广泛存在于如:燃气轮机气膜冷却、锅炉燃烧室等的燃烧控制,V/STOL(垂直或短距离起落)飞机、废气排放的控制等工程实际应用中.由于射流的存在,增加了流场的复杂性,流场中同时存在射流剪切层涡、马蹄形涡系、反向旋涡对和尾迹涡等4种涡系结构,这对流体力学理论研究具有重要意义.长期以来,研究人员从理论分析、实验测量和数值模拟方面对横向紊动射流进行了大量的研究工作,目前已经认识了流场中的许多流动特性和流动机理.从数值模拟和实验研究两个方面,比较并分析了国内外横向紊动射流研究的现状和研究结果,评述了不同湍流模型以及不同的实验测量方法对横向紊动射流的预测能力,讨论了存在的问题并对该领域的研究方向进行了展望.

离心叶轮出口与无叶扩压器内部流动特性的DPIV实验研究

在叶轮转速n=1500rpm对应的设计工况下,利用两维数字式粒子图像速度场仪(DPIV)对风机模型从叶轮出口至无叶扩压器区域内部流动状态进行整场测量,在"锁相"状态下获得沿扩压器宽度方向上三个径向面的瞬态速度场、涡量场的分布,并进一步对时均流场的流动特性进行全面讨论。测量结果表明:设计工况下,叶轮出口流动呈现典型的"射流-尾迹"流动结构,其对无叶扩压器内部流动状态具有深刻的影响。旋涡由叶轮叶片表面边界层的粘性切应力产生,并随流动被输运至下游无叶扩压器,然后随着流动的均匀化而逐渐消失。涡量的分布及变化反映了无叶扩压器内部流体相互掺混和能量传递、重新分布从而达到均匀化的过程。随着半径的增加,尽管无叶扩压器内流动在圆周方向亦逐渐趋于均匀化,但沿宽度方向的差距未得到改善,这将导致沿轴向α不变原则设计的叶片扩压器的二元叶片无法避免冲击损失。

离心风机气动噪声研究方法的分析与建议

对目前离心风机气动噪声的研究方法进行了分析 ,总结出数值模拟及其计算方法还不完善。

应用“等减速流型”提高烧结鼓风机模型效率的试验研究

应用等减速流型进行了7-40烧结鼓风机模型的效率法设计,并通过与常规设计的模型进行多次对比试验研究,得出了应用等减速流型进行设计和叶型绘制方法,结果表明:应用等减速流型设计在提高模型效率方面有明显的效果。

低稠度半高叶片扩压器的模型级性能研究

通过数值模拟的方法研究了低稠度半高叶片扩压器在大流量离心压缩机模型级中的应用,并比较了其与无叶扩压器对模型级气动性能影响的差异。研究结果表明:采用低稠度半高叶片扩压器的模型级基本消除了盖侧附近低总压高熵值的区域,气动性能有较大提高。

冶金用离心除尘风机的开发研究

针对现有5-60和6-45离心除尘风机存在的问题,提出了改进方案,并开发了5-X系列离心除尘风机。通过对这3个系列的风机内部流场和气动性能进行对比分析,结果表明:新开发的5-X系列风机结构合理,气动性能较好,运行效率较高,解决了现有5-60和6-45风机的缺陷。

谱元法和高阶时间分裂法求解方腔顶盖驱动流

详细推导了谱元方法的具体计算公式和时间分裂法的具体计算过程 ;对一般的时间分裂法进行了改进 ,即对非线性步分别用 3阶 Adams-Bashforth方法和 4阶显式 Runge-Kutta法 ,粘性步采用 3阶隐式 Adams-Moulton形式 ,提高了时间方向的离散精度 ,同时还改进了压力边界条件 ,采用 3阶的压力边界条件 ;利用改进的时间分裂方法分解不可压缩 Navier-Stokes方程 ,并结合谱元法计算了移动顶盖方腔驱动流 ,提高了方法可以计算的 Re数 ,缩短了达到收敛的时间 ,并将结果与基准解进行比较 ;分析了移动顶盖方腔驱动流中 Re数对流场分布的影响。

离心风机气动声学分析的一个理论模型和计算方法

通过求解具有延迟时间、包含三维流速影响的非齐次波动方程,得到了离心叶轮气动声学的基本方程.对气动声源的分析表明,在离心风机的气动噪声中,起主要影响作用的是偶极子和四极子声源,而流动过程中产生的涡是最主要的四极子源.提出了一种用于分析离心风机气动噪声的声学模型,即忽略蜗壳进、出口声学软边界的影响,将蜗壳简化为一个封闭的声学硬边界柱壳,并推出了柱壳腔体内的格林函数.利用该函数对离心风机内部由旋转叶轮产生的气动声场进行了时域求解并给出了理论解方程.在计算出离心风机内部的三维非稳定流场之后,利用本文模型和理论解方程就可求出与该流场相对应的气动声场.

圆柱绕流涡系演变的DPIV测试

利用数字式PIV技术在阵风环境风洞中对Re=500时的圆柱绕流进行测量,给出了圆柱后2.2倍直径、圆柱两侧各一倍直径的区域内一系列瞬态的速度矢量场、涡量场和流线图。根据可视化图像和量化结果,着重分析了该区域的涡系结构和一个拟周期内旋涡的发展演化过程。

分流叶片位置对高转速离心压气机性能的影响

运用三维粘性流动数值计算程序FineTM/Turbo对叶顶间隙泄漏存在时带分流叶片的高转速离心压气机模型级内部流动进行了数值模拟 ,重点分析了分流叶片不同起始位置及不同周向位置对压气机级内三维粘性流场及整级性能的影响。计算中采用Jameson的中心差分格式结合Baldwin Lomax代数模型使用时间推进法求解雷诺平均N S方程 ,计算模拟了模型级内部复杂的三维粘性流动过程及气体参数分布的详细结构和规律。计算结果表明 :采用分流叶片在进口段会减少叶片阻塞 ,从而使更高的质量流量可以流经叶轮 ;分流叶片起始位置位于Ⅲ时 ,两个通道叶轮出口处速度分布最均匀 ;分流叶片越短 ,长叶片压力面无量纲静压载荷越大。当分流叶片长度达到某一数值后 ,长叶片载荷变化趋于平缓。分流叶片位于不同周向位置时 ,IBSA叶轮的模型级效率最高 。

极坐标系下谱元方法求解不可压缩Navier-Stokes方程

本文利用有限元的思想并结合谱方法的精度提出求解偏微分方程的谱元方法,并将谱元方法应用到极坐标系中;详细推导了在极坐标系下的谱元方法的具体计算公式,求解了极坐标系下的简单椭圆型二阶偏微分方程;并结合时间分裂方法应用于同心旋转圆筒间流体的流动问题,具体求解了原始变量速度和压力的不可压缩Navier Stokes方程,均取得了满意的结果。

离心压气机实际气体三维粘性流场分析

应用时间推进法求解连续性方程、时均N-S方程、能量方程、实际气体状态方程及Yang＆Shih紊流模型,对压缩重介质实际气体(丙稀)的大流量离心压气机整级流场(闭式叶轮、扩压器、弯道及回流器)进行了数值分析,其中实际气体的热力学属性均表示成温度的函数.分析了压缩实际气体丙稀时模型级内部尤其是弯道及回流器内部的流动规律,将计算结果与丙稀作为理想气体时模拟的结果进行对比分析,并与实验值进行了比较.结果表明:采用实际气体模型进行模拟时压气机性能更接近于实际性能.压缩实际气体及理想气体时叶轮内部速度分布及模型级出口参数是不同的,叶轮出口流场参数分布差别主要集中在轮盘、轮盖两侧.沿弯道及回流器中央流线的压力系数差别显著,模型级出口理想气体的压力系数明显高于实际气体.为了加快收敛,计算时采用了隐式残差平均法及完全多重网格技术.

基于Internet的风机网上选型系统的设计与实现

介绍了一个基于Internet的风机网上选型系统的设计和实现。该系统包括了风机数据库维护、风机选型、风机查询、数据结果处理和用户管理等各功能模块。通过Internet平台并利用Web浏览器,客户可以快速、方便、准确地进行风机的选型工作,解决了传统依靠手工难以实现用户对风机快速选型的要求,实现了风机选型系统所有会员之间的信息传递、经验和数据共享。

叶轮盖侧切削的级性能分析

应用时间推进法求解连续性方程、时均N-S方程、能量方程、理想气体状态方程及Yang＆Shihk-ε紊流模型,对含分流叶片的半开式叶轮及叶片扩压器组成的离心压缩机模型级级内三维粘性流场进行了数值分析,得出了与实测结果一致的性能曲线.在此基础上对叶轮等直径盖侧切削后的模型级进行了数值分析.计算及实验结果表明,切削后叶轮内部激波损失及扩压器吸力面侧低能区范围均减小;切削后叶轮盖侧的逆流区在扩压器前级的收缩作用下在扩压器内部基本没有扩大,有效降低了混合损失;叶轮盖侧切削后模型级的级性能优于原模型级,表明对模型级进行等直径叶轮盖侧切削可成为压缩机模型级设计的有效方法.为了加快收敛,计算时采用了隐式残差平均法及完全多重网格技术.

用切比雪夫谱元方法求解均匀流场中的声传播问题

利用谱元方法中的无穷光滑插值函数的高阶精度特点,结合隐式时间推进算法的稳定性,推导并实现了低马赫数均匀流场中声波动方程的切比雪夫谱元解法,进而得到了流场影响下的声传播问题的数值解.该解法对均匀流场中的声传播问题在空间上进行谱元离散,在边界上引入Clay-ton-Engquist-Majda吸收边界条件,在时间上利用隐式Newmark积分方法推进求解.算例与解析解的对比验证表明:该解法在空间上可以实现高阶精度,在时间上达到2阶精度;使用的隐式New-mark时间积分方法稳定性好,计算工作量相对较小;当数值解达到稳态传播时和解析解吻合得非常好.随着计算条件的飞速发展,加密网格并采用更高阶的切比雪夫谱逼近可以进一步提高精度,以适应计算气动声学的精度要求,另外可尝试采用更高精度的吸收边界条件以改善边界反射对计算声场的干扰.

离心通风机整机三维流场的数值模拟

对前弯型离心通风机整机三维内流场进行了数值模拟,预测了叶轮的做功效率,通过与试验结果比较表明了计算的可信性。详细分析了风机内部流场情况,发现轮盖附近的流动分离现象使叶轮对流体的做功能力受到很大影响。通过对不同工况的计算,揭示了叶轮和蜗壳内部的二次流现象及其发展规律。通过比较,分析了蜗壳子午截面涡流产生的机理及其影响因素。