旋转离心叶轮与叶片扩压器间耦合流动的数值分析

以离心压气机内部动静部件耦合的非定常流场为研究对象，本文提出了动静耦合统一正命题型式，采用κ－ε紊流模型、同步计算动静耦合流场的方法，分别对下同流量工况下离心叶轮与叶片扩压器内部非定常流动进行了数值计算。计算结果与激光多普勒测量结果进行了比较：在设计工况下，离心叶轮与叶片扩压器相互匹配较好，而在非设计工况下，流道内流动趋向恶化。说明计算结果是有一定的可信度；计算结果同时说明，只有采用非定常算法，才有可能较好地描述动静部件耦合的流场。

采用改进的BP神经网络预测离心通风机性能的研究

ＢＰ神经网络在离心通风机性能预测的研究中具有重要的价值．研究结果表明，对于任意平方可积函数，都可以采用ＢＰ算法通过对样本的学习获得满意的模拟结果，因此，在构造离心通风机性能预测模型中，ＢＰ算法提供了一个有力的工具．但是，在实际应用中，ＢＰ算法的收敛速度很慢，而且，从数学上看，它是一种梯度最速下降法，这就不可避免地存在着局部最小问题，尤其在训练量大、输入参数众多的情况下，学习效果大受影响．作者从改善ＢＰ网络结构、改进学习算法、初始化权值选取等方面入手，采用了函数联接网络，引入了改进的模拟退火法和自适应变步长的ＢＰ算法相混合的学习算法，并采用了一种有效的权值初始化方法，显著地提高了神经网络模拟非线性动力系统的效果，从而较好地完成了离心通风机的性能预测．

二维扩压器壁面最优速度分布的动态规划法研究

本文运用动态规划法原理和能预测湍流边界层分离的经验公式,建立了二维、对称扩压器优化命题的物理模型和适宜于动态规划法求解的数学模型,并得到满足约束的壁面最优速度分布。该计算结果与实验结果及用Pontryagin极大值原理的计算结果均甚为吻合,该方法可以推广至不对称扩压器的优化命题中。

采用PIV研究离心泵转轮内部瞬态流场

数字式PIV技术可以在瞬间记录下整个测量断面内的信息 ,从而为解决水泵转轮内非定常流动的难题奠定了良好的基础 ,代表着水力机械内部复杂流动测试技术的方向。本文将二维数字式PIV系统成功地应用于清水离心泵实验台 ,对一改型后的离心泵转轮内的瞬态流场进行了成功测量 ,测量结果充分表明了离心泵转轮内部流场的瞬态结构和非定常性。

非定常流动计算的PISO算法

与SIMPLE算法比较 ,PISO算法有其计算非定常流动的优势。本文针对非交错网格下PISO算法提出改进 ,简化其求解过程 ,使其计算步骤统一。斯托克斯第二问题计算结果比较 ,说明在非交错网格下改进后PISO算法比SIMPLE算法更适宜于非定常流动的计算 。

静止水下气泡运动特性的测试与分析

该文用高速摄影对稳定状态静止水下气泡生成和运动形态进行分析,详细讨论了气泡的动力理论特性。运用数字图像处理技术,对高速摄影图片的像素进行灰度归一化处理及二进制转化,通过对气泡质心运动的跟踪来获得其运动特性,并对所得数据进行编程处理分析,得到气泡运动轨迹。同时,结合Stokes和卡门涡理论分析,得到稳定状态下不同尺寸单个气泡的速度变化规律,运动轨迹规律等各种运动特性,并将实验结果与理论进行比较分析来判断其可行性。对稳定状态下的气泡研究可以为更深入的研究有扰动下的气泡复杂性提供基础和依据。

高速磁浮列车气动阻力性能数值模拟与参数化评估

基于粘性流体力学理论,按三维可压缩粘性流对具有流线型头部形状的TR08列车以及通过变化流线型头部纵剖面高度或流线型头部长度设计出的4种新头型列车的周围流场进行了数值模拟。为评估不同流线型头部外形的气动阻力性能,定义了表示其形状特征的整体长细比作为评估依据,综合考虑了流线型头部水平投影形状和纵向对称面投影形状对气动阻力性能的影响。通过对5种不同头型列车的模拟结果进行对比分析,得出了流线型头部外形对气动阻力性能影响的规律:随着流线型头部长度增加,气动阻力降低,而中间车阻力变化不大;在头部流线型长度相当的情况下,纵剖面轮廓线上凸的头车气动阻力比下凹的小,而尾车气动阻力大。计算得到的不同流线型列车的整体长细比大小排序与其气动阻力系数排序完全一致。分析结果表明,增加流线型头部长度是减小气动阻力的有效途径;整体长细比能较好地反映流线型头部对列车气动阻力性能的影响。

不同叶片包角的离心泵试验与数值模拟

在离心泵叶轮的基本外尺寸(叶轮内外半径、叶轮进出口宽度、叶片进出口安放角及叶片数)和设计转速相同的情况下,采用三次曲线对叶片进行造型。设计叶片包角分别为59°、75°和91°的三副离心叶轮C1、C2、C3,其中叶轮C1与传统的单圆弧叶型非常接近。三副叶轮的同台试验结果显示,叶轮C2的最高效率比叶轮C1、C3的效率高1.28%、1.43%。采用数值模拟得到设计工况下三副叶轮内的相对速度场和各流道内的载荷分布,C1叶轮内有明显的回流区,且各流道内的载荷存在较大差异。研究表明:在叶轮外尺寸相同的情况下对叶片造型设计时,存在最佳的叶片包角,单圆弧叶型不是最佳叶型。

具有流线型头部的高速磁浮列车气动性能数值模拟

以世界上首条商业运行的上海高速磁浮列车TR08为研究对象,基于粘性流体力学理论,按三维可压缩粘性流对具有流线型头部形状的TR08列车以及根据一定规律设计出的4种新头型列车周围流场进行了数值模拟.通过对这5种不同头型列车的模拟结果进行对比分析,得出了流线型头部外形对气动性能影响的规律:随着流线型头部长度增加(其他条件相同),列车气动阻力和升力降低;在头部流线型长度相当的情况下,纵剖面轮廓线上凸的头车气动阻力比下凹的小,而尾车气动阻力大;中间车阻力变化不大,尾车升力大于头车;就整车升力而言,纵剖面轮廓线上凸的气动升力大于下凹的.

轴流式前弯动叶的变工况气动性能实验研究

对前弯宽、窄动叶片和常规直叶片进行了变工况气动性能的实验研究。通过对实验结果的分析发现:相对于直叶片,前弯窄叶片不仅可以提高气动效率,而且扩大了风机的稳定工作范围,只是动叶动压头有所降低;前弯宽叶片的稳定工作范围则比窄叶片要宽,其气动效率和动叶压头也有大幅度的提高。这说明在提高效率、扩大稳定工作范围方面,动叶前弯和增加弦长同时起到积极的作用。还对三种动叶片的出口气动参数沿径向的分布规律进行了详细的测量,并对最高效率点和旋转失速前最小流量点的气动参数沿径向的分布规律进行了重点分析,从流体力学原理出发,解释说明了前弯动叶片提高效率,扩大稳定工作范围的原因。

带可调进口导叶离心压缩机的性能分析

以数值模拟的方式对某带可调进口导叶的离心压缩机级内部流动进行了分析研究。对计算得到的性能曲线及相对速度矢量图的分析表明,进口导叶正旋绕时性能曲线向小流量区移动,负旋绕时向大流量区移动;经最高效率点进入小流量区后效率下降较快;在进口导叶大安装角情况下,在大的流量范围内导叶区域均存在显著分离,大流量时短叶片吸力面前部有回流区,小流量时长叶片吸力面上发生分离。

基于CFD技术的离心压缩机径向进气室结构形状优化设计

运用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术数值模拟带径向进气室的某石化离心压缩机级内部的流动情况,结果表明进气室内部的流场较为复杂,存在较大的旋涡结构,流动损失较大,并造成在叶轮进口处存在气流畸变,因此进气室的结构形状对整机的性能影响显著。为改善进气室内部的流动情况和提高级的性能,发展一种基于CFD技术的数值优化方法,并对该进气室的几何形状进行了优化设计。优化后的整机外特性整体得到了改善,在保证质量流量和总压比不低于初始值的约束条件下,设计工况点的整机等熵效率提高了1.26%。对比分析优化前后整机内部的速度、熵和总压等参数分布,发现优化模型内部的流动结构更为合理,流动损失更小。优化结果也验证了该优化设计方法的有效性。

非设计工况下离心叶轮内湍流场的LDV测量

利用激光多普勒测速仪(LDV)对后弯闭式离心叶轮内部气流在非设计工况下的流动进行了实验测量。对比描述了大于和小于设计流量时叶轮流道回转流面上主流速度的分布特点,径向流面上的速度矢量图更清晰地说明了不同进口条件导致流道内气流流动产生分离的位置、强度以及发展的差异。二次流矢量图表明流量的改变影响了离心力和哥氏力在流动中的作用,导致在垂直于主流方向引起截然不同的二次涡旋流动。

离心叶轮内三维湍流流场的数值计算与实验比较

采用高阶各向异性k -ε模型 (MAKE)和标准k -ε模型 (SKE)对实验离心叶轮内设计工况下的三维湍流流场进行了数值计算 ,并与采用LDV测量系统测得的实验结果进行了比较 ,结果表明 :两种模型均能模拟出设计工况下离心叶轮内气流的流动变化及二次流动现象 ,但由于SAKE模型考虑了旋转和曲率在流动过程中的影响 ,故在气流的分布趋势 ,流动方向的变化等方面 。

二维叶栅气固耦合颤振分析

引入叶片结构动力学方程,通过数值求解气动/结构耦合方程体系,研究了气固耦合条件下叶栅内的二维非定常粘性流动,并初步进行了叶栅的颤振分析。针对两种叶型分别计算了不同折合频率下的流场,通过比较振动叶栅相关参数随时间变化的曲线,表明折合频率是决定叶片颤振与否的重要因素。

汽车水泵性能三维数值模拟及结构改进

考虑到汽车水泵进出口管和蜗壳,对某型汽车水泵进行了全三维流场数值模拟。分析数值模拟结果与试验测试结果的差异,说明该水泵的蜗壳与叶轮不匹配,造成整机性能恶劣。对该泵内部的流场和总压变化过程的进一步分析,提出了减小叶轮出口安装角,扩大扩散管截面积,采用蜗壳高度渐变的改进措施。改进后的水泵进行整机模拟并进行性能预测,表明改进后的水泵性能大大改善。经过实验测试的结果与计算结果吻合,说明改进措施有效,数值计算模型合理。

圆管内对流换热的场协同理论分析

以空冷电机转子通道内的流动换热问题为背景,将场协同理论应用于旋转坐标系中。通过理论分析,指出了场协同理论应用于静止坐标与旋转坐标中的差异,说明了在旋转坐标系下对流换热问题的规律。采用数值模拟方法对旋转坐标下的三维轴向直圆管模型内部流动与换热进行了研究,验证了理论分析结果,并进一步对比了不同转速、不同入口条件下换热情况。理论分析与数值计算结果均证明在旋转坐标系下,高转速带预旋入口条件的轴向通道内固体壁面对流体做功量对总换热量的影响不可忽视。

改进的小波阈值消噪法在湍流信号处理中的应用

湍流数据采集中有用信号往往不同程度地受到干扰噪声的污染,小波阈值消噪法一定程度上能将有用信号的高频成分和噪声区分开,将其应用于湍流信号消噪是相对合理的。针对现有小波阈值消噪法的不足,提出了一种改进的阈值函数和基于小波能量熵的阈值自适应选取方法。仿真实验表明,新方法具备连续性好、偏差小、自适应阈值选取等优点,不但可以实现高信噪比信号的合理消噪,而且能有效检测出强噪声干扰下的微弱有用信号。以两组实测湍流信号的消噪处理为例,考察了新方法在湍流信号处理中的消噪效果。结果表明,该方法能为湍流信号的后处理提供可靠的数据。

NS方程的非结构化网格方法及其差分格式

采用同位非结构化网格上的有限体积法，对ＮａｖｉｅｒＳｔｏｋｅｓ 方程的ＳＩＭＰＬＥ 算法及差分格式进行了研究．提出了适用于非结构化网格的不用求解单元顶点变量值的二阶混合差分格式．该格式的优点在于：１） 减少了计算工作量；２） 避免了普通混合差分格式因使用简单的一阶迎风差分格式所引起的网格界面方向相关性的问题．最后，采用三角形网格，利用提出的方法及差分格式，对方腔内的驱动层流及绕翼型湍流进行了数值计算。

大宽度无叶扩压器旋转失速特征的数值分析

采用二维方法,预先给定扩压器入口的射流-尾迹分布,忽略边界层的影响,对一具有大宽度无叶扩压器进行了数值模拟;分析了扩压器长度、叶轮叶片数目等因素对失速的影响.计算结果表明:对于宽度不同的扩压器存在不同的失速机理,相关结论和文献结果的比较也证实了该方法的正确性.