进口导叶对斜流式叶轮级性能调节的数值研究

针对两种不同翼型的进口导叶,数值研究了导叶在不同开度下对超大流量系数斜流级内部气体流动的影响和调节特性,并预测了进口导叶与斜流叶轮耦合在不同导叶开度下的性能曲线。结果表明,进口导叶能有效扩大调节范围,使斜流压缩机能在更宽的工况范围内运行。导叶开度和翼型对斜流叶轮的气动性能产生影响,开度增大导致气体流动的不均匀性变大,而当开度增大到一定程度时,进口导叶的调节能力变差,对斜流叶轮气动性能产生负面影响。

压缩空气储能系统用多级离心压缩机进口导叶调节策略研究

压缩空气储能系统在储能过程中,储气装置内部压力不断升高,这要求压缩机在较大压比范围内工作。高效变工况是压缩空气储能系统中压缩机的核心要求,为实现这个设计目标需要采取合适的调节方式及其调节策略。可调进口导叶结构简单,可在工作过程中运行,并可利用伺服装置实现自动化,是目前压缩空气储能系统中压缩机最适合的调节方法之一。本文以压缩空气储能系统中某4级离心压缩机为研究对象,建立了一种适用于多级离心压缩机变工况调节的性能预测方法,采用数值模拟得出单级离心压缩机性能曲线,并编写级性能叠加程序获得整机性能曲线。利用最小二乘法将多级离心压缩机性能数据拟合为多项式函数,采用遗传算法建立了以等熵效率为优化目标,进口导叶开度为优化变量,整机出口压力或者流量为约束条件的可调进口导叶调节策略程序。

气流染色机用离心通风机的优化设计

离心通风机是气流染色系统的核心部件,其性能优劣直接决定气流染色系统的染色质量和能耗水平。本文针对某气流染色机用离心通风机的气动性能和几何结构开展优化设计,以风机全压PtF和全压效率ηtF最大化为优化目标,利用基于人工神经网络构建的代理模型,结合带精英策略的遗传算法对离心通风机叶轮开展优化设计,同时基于叶轮与蜗壳耦合整机气动匹配条件下对蜗壳几何结构进行优化设计。试验结果表明,优化设计的离心通风机结构更紧凑,其全压PtF提升约500Pa,其全压效率ηtF提升约5%。

基于示迹线方法的压气机内部流动显示试验

为了揭示压气机转子叶顶泄漏流和静叶吸力面分离流动的形态及演变趋势,采用示迹线显示空气流动的方法对某低速轴流压气机转子叶顶间隙流动及静叶吸力面复杂流动进行了直接观测。结果表明:转/静子叶片上的示迹线直观形象地显示了转子叶顶泄漏流动和静叶吸力面分离流动的形态及演变趋势;随着压气机节流,转子叶顶泄漏流抗衡主流的“力量”不断增强,导致叶顶泄漏流的影响区域不断向上游拓展,到达近失速工况时,泄漏流与主流的交界面与叶顶前缘平齐;随着压气机节流,静叶吸力面上的流动分离区不断向静叶前缘扩展,到达近失速工况时,50%叶高以下静叶吸力面一侧出现了大面积的回流区。

叶片变形对涡轮增压器用离心压气机气动性能的影响及机理

为了研究叶片变形对涡轮增压器用离心压气机气动性能的影响,采用流固耦合方法计算设计转速下近喘振点、最高效率点和近阻塞点三个工况处的压气机性能。研究结果表明:叶片变形主要受离心载荷的影响,其影响占比为92.11%~97.22%,叶片最大变形发生在主叶片前缘叶顶处,叶轮最大应力发生在叶轮轴孔底部;从近阻塞点到近喘振点,气动载荷引起的叶片变形不断增大,约占叶片总变形的2.78%~7.89%;变形后压气机效率和压比分别提高0.3%和0.06%,阻塞流量有所减小;发现气动载荷导致的变形方向与离心载荷导致的变形方向相反,叶片变形主要通过改变叶顶间隙来影响离心压气机的气动性能。研究成果为离心压缩机气动及预变形设计优化提供了参考依据。

大型海上测风塔塔影效应的数值模拟研究

海上测风塔塔架尺寸大、结构宽、塔影效应明显,会造成海上测风误差与风电场发电量计算偏差。然而,由于缺乏海上测风数据,目前对于大型海上测风塔塔影效应的研究较少。针对该问题,本研究采用计算流体力学方法研究海上测风塔的塔影效应。研究结果表明:在测风装置放置位置方面,不同方向测风点处风速与入流风速的差值有很大不同,外伸距离越小,速度衰减越快。在测风塔不同结构影响方面,对比测风塔内部结构的塔影效应,在各测风点位处横材的影响均大于斜材。在塔影效应规律方面,对比不同高度测风塔塔段,塔影效应均在外伸长度4m处后逐渐稳定,且塔影效应随外伸长度的变化规律符合指数衰减规律。研究结果对海上测风塔的结构设计及测风数据修订具有指导意义。

电机周围涡强度变化对电机表面散热的影响研究

通过CFD研究了多翼离心风机叶轮中盘开孔对油烟机电机温升和风机风量和风压的影响。结果表明,中盘开孔使热量从叶轮前段和后段同时排出。且后段排出的热量占比更大,而封闭设计的热量则全部从后段排出。因此叶轮中盘开孔设计比封闭设计温升降低2K。中盘开孔有助于气流从叶轮前段经过中盘孔流入后段,并从后段排出,这增强了电机周围的涡量强度,提高了电机壳体表面的风速。开孔中盘叶轮的气动性能在全工况范围内均有提升,静压提高4%~20%,效率提升5%~7.8%。在最大风量工况,叶轮中盘开孔设计促进气流从叶轮后段吸入,进而提升叶轮后段的风量,这提升了电机的散热效率,使得最大风量和最大静压分别提高4%和6%。

采用仿海鸥翼型叶片提升轴流风机气动性能的研究

为提升轴流风机的气动性能,受到具有良好滑行飞行性能的海鸥翅膀独特的翼型结构的启发,本文研究通过提取海鸥翅膀特定截面位置处的翼型结构应用于轴流风机的叶片设计中,考察了叶片仿生设计对空调器用轴流风机气动性能的影响。首先采用数值计算方法求解定常流动雷诺时均Navier-Stokes方程,对仿海鸥翼型叶片的轴流风机的气动性能及其内部流场进行分析,然后采用大涡模拟方法和FW-H声类比方法对轴流风机的气动噪声进行数值预测。结果表明:在相同的设计转速下,仿海鸥翼型叶片的轴流风机的气动效率提高了3.1%;在相同风量条件下,仿海鸥翼型叶片的轴流风机的噪声相比于原型风机降低了约1.0dB(A)。采用仿海鸥翼型叶片,风机叶片表面的静压分布均匀,叶片中段的压力脉动明显减少。同时,在风机进口轮毂处和叶顶区域,流动分离被抑制,叶片尾迹涡脱落引起的气流脉动和气流不均匀性相对减弱,这就有效提升了轴流风机的气动性能。

改进CNN的风力机叶片故障诊断方法

针对图像分辨率低的风力机叶片图像会导致故障诊断过程中精度和速度降低等问题,提出了一种基于小波变换、深度可分离卷积和卷积块注意力机制模块的轻量级改进VGG-19模型;使用DB4小波和基于形态学的增强技术来提高风力机叶片图像的质量,然后将VGG-19中的传统卷积层替换为深度可分离卷积层,以减少网络参数的数量并提高训练效率,最后引入卷积注意力机制模块(Convolutional Block Attention Module, CBAM)来提高风力机叶片故障诊断的准确性;研究结果表明:所提模型的准确率为93.91%,与其他传统卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)模型LeNet、AlexNet、GoogleNet、ResNet-50和VGG-19相比分别提高了15.06%、8.57%、3.10%、-1.13%和7.13%;测试时间为每幅图像0.046秒,较传统CNN模型每幅图像分别减少了-0.004秒、-0.002秒、0.006秒、0.015秒和0.010秒的检测时间;该模型结构轻巧,相比于其他传统CNN具有更高的准确性和更快的检测速度。

用于催化裂化装置强制循环泵的三元导叶设计方法及性能分析研究

强制循环泵是催化裂化装置烟气热量回收系统中重要的水循环动力设备,蜗壳为半球形结构带导叶的LUV型泵是一种广泛应用的强制循环泵,其导叶结构对泵的性能有着至关重要的影响。本文针对强制循环泵二元导叶在不同叶高处的进口叶片安装角与水流角不匹配的问题,发展了采用后盖板和前盖板的叶片中弧线角度分布和叶片厚度分布来构建叶型的三元导叶叶片结构设计方法,并数值研究了导叶后盖板和前盖板处进出口叶片安装角对泵额定工况效率和内部流动特性的影响。结果表明:随着前后盖板叶片进出口安装角中一个变量的增大,额定流量点效率均先增大后减小;设计的三元导叶方案比二元导叶方案在额定工况下的效率提高了0.9%;后盖板附近的叶片安装角与水流角的匹配性对泵的效率起到了更加重要的作用;三元导叶方案在后盖板附近0.1叶高截面上进口水流角与叶片安装角的匹配关系得到改善,此截面上的旋涡区减少,导叶内的能量耗散减小。

叶片加工误差对压气机性能影响研究综述

叶轮叶片在实际加工过程中会难免出现误差,从而导致实际叶轮与理论设计叶轮产生性能差异。基于叶轮叶片轮廓度及粗糙度加工误差,研究不同类型误差对压气机性能影响。首先,分析不同轮廓度偏差形态对压气机性能影响,以及不确定性分析、低速模拟等各种研究方法探究,实现加工误差对压气机性能影响的真实判断,并指出局部轮廓度加工误差,需特别关注叶轮叶片前缘部分对压气机性能影响。其次,叶片表面粗糙度误差则需根据实际设计情况、加工成本确定精度范围。综合考虑各种影响因素,而后在设计过程中,使用误差补偿技术有意识调整,从而降低加工误差对压气机性能的影响。

局部内冷空气系统流体网络分析与数字化计算方法

燃气轮机内冷空气系统结构、气路流动与运行工况极为复杂,造成了内冷空气系统流体计算难度很大,传统一维流体网络法的计算精度已经不能满足当代发动机分析与设计的需求,急需开发一种面向燃气轮机内冷空气系统的高精度、快速的系统级别的流体计算方法。本文面向某船用燃气轮机高压转子内冷空气系统的卸荷腔,创新性地利用一维-三维联合仿真计算方法,实现了快速求解流体网络节点信息的同时解析关键区域流动传热细节。研究结果表明,与传统一维流体网络法相比,一维-三维耦合计算可以通过边界数据传递与耦合计算提高整体计算精度,与传统CFD计算方法相比,一维-三维耦合计算可以加快计算收敛速度,以卸荷腔高压涡轮腔室为例,一维-三维联合仿真计算方法可以节约计算收敛时间约83%,同时三维流体计算域可以获得关键区域的流场细节,对系统级别计算下掌握关键区域流动特性具有重要意义。

第六届中国国际透平机械学术会会议通知

第六届中国国际透平机械学术会将于2024年8月1-4日在海南三亚召开。会议涵盖叶轮机械在研发、制造和应用中的多个专业议题,包括叶轮机械的基础理论研究、方法论、数值模拟、产品设计、实验研究、试验方法和应用维护等。会议研讨对象包括航空发动机、燃气轮机、压缩机、风力发电机、汽轮机、涡轮增压器、制冷空调、膨胀机、鼓风机、泵、通风机和水轮机。本届会议由学术委员会委员根据CITC的征稿范围精心策划组织,将集历届会议之长,同时新增风力机、氢燃烧、风储氢一体化等新能源相关的议题。

基于Isight和Abaqus缩短涡轮叶片燕尾榫结构优化设计周期

采用Abaqus软件对典型涡轮叶片燕尾榫结构周围的最小接触压力和应力进行有限元分析,并基于Isight软件进行仿真流程自动化和优化设计研究,以期在满足设计要求的前提下,找到一种高效的优化设计方案。首先利用Isight提供的多种算法进行优化设计,并对比不同算法的优化结果和优化运行时间,发现序列二次规划法(NLPQLP)和下山单纯型法(Downhill Simplex)虽然优化时间短,但是优化结果陷入局部最优,多岛遗传算法(MIGA)和非支配排序遗传算法(NSGA-II)虽然优化结果理想,但是优化效率较低。然后,提出了两种改进方案。第一种,首先基于Isight提供的工具Latin Hypercube创建代理模型,再利用代理模型进一步优化。第二种,采用组合优化策略的方式,先采用MIGA或NSGA-II进行少量的全局优化,再以优化结果作为下一步优化的初始方案,使用NLPQLP或Downhill Simplex进行局部优化。最终对多种方案的优化结果和优化效率进行对比和评价。

雷诺数和侧风对S型垂直轴风力机气动特性的影响

相较于工作在郊外良好风场的大型风力机,小型风力机易受城市风环境如低风速、高湍流度以及时变风速风向的影响。采用数值模拟手段研究了雷诺数和来流倾角对小型S型垂直轴风力机气动性能的影响。研究结果表明:S型风力机的气动性能对雷诺数不敏感,功率系数几乎不随雷诺数变化;侧风导致S型风力机的气动性能变差,静扭矩系数和功率系数降低,并且随着侧风来流倾角的增大,气动性能越差,侧风影响的流动机理一方面是来流倾角降低了水平速度分量,另一个方面是竖直速度分量减小了前进叶片的压力差,增加回转叶片的压力差,进一步加剧了气动性能的恶化。

基于Zernike矩和FCM的管道内两相流流型识别

利用图像处理技术对传动管道两相流流型进行了识别。搭建了传动管道气液两相流实验系统。采用高速摄像机拍摄液压传动管路中气液两相流流型图像,利用图像处理技术获得图像的Zernike矩特征参数,然后结合模糊C均值聚类算法(FCM)对流型图像进行分类识别。研究结果显示,液压管路内的传动液为气液两相流,其流型为泡状流、环状流、弹状流、塞状流;在传动过程中,出现频率较高的流型是泡状流和塞状流;利用本方法对传动系统液压传动管路中的4种典型流型进行分类识别,总体识别率可达97%。本方法为管道中气液两相流的流型参数识别提供了新的途径。

复杂地形风电场微观选址优化算法研究

我国拥有丰富、分布广泛的风能资源,其中复杂地形的风能开发正成为新的焦点。在风能开发中微观选址极为重要。由于传统风电场微观选址优化在复杂地形中效率低下,难以充分利用风资源,本文提出两种更高效的优化方法。其一,采用灰狼优化算法对风电场选址进行优化,优化主要以单个风力机容量系数为个体,总发电量的提高为目标,多优化个体共同构成电场整体排布方案。这种针对复杂地形下风电场微观选址优化的方式,能显著提升优化效率,有效实现选址优化目的。其二,采用作图法,分析风电场内特定高度的容量系数和风向分布,提出多种排布方案,基于发电量最大化原则选定方案实现优化,这种方法直接锁定最优结果,减少计算资源消耗。

某型航空发动机封严片的材料优化和组织演变研究

封严片在航空发动机的密封和减振中起到关键作用。针对某型航空发动机多次发生因封严片硬度低导致的开裂和变形问题,提出了将封严片材料由固溶态GH600材料更换为冷轧态GH5188材料的优化改进方案。试验结果表明,冷轧态GH5188材料封严片在设计许用上限温度条件下保温100h后,硬度依然可保持在350HV以上的较高水平,且即使经历一定的短时超温后,硬度仍能与改进前封严片的硬度相当。提出的优化改进方案效果明显,可以保证封严片长期工作可靠性,具有良好的工程实用价值。

基于SA-GA自适应压缩感知的风力机齿轮振动信号压缩与重构方法

为应对风力机齿轮箱振动信号压缩与重构过程存在复杂的参数设置问题,提出了基于模拟退火多种群遗传算法(Simulating Annealing and Multiple Population Genetic Algorithm,SA-MPGA)自适应设置过完备学习字典生成、振动信号压缩、压缩信号重构过程所需参数集。在传统遗传算法基础上引入多种群思想,增加了遗传算法对解空间的覆盖。在种群繁衍时个体选择引入模拟退火策略在种群进化过程中以不同概率接受一定程度的劣解,从而有助于遗传算法跳出局部最优解的缺陷。基于SA-MPGA的多参数自适应选择降低了传统遗传算法容易收敛到局部最优解的概率。应用实际工程数据验证基于SA-MPGA多参数优化问题,实验结果表明,在保持压缩率的前提下,基于模拟退火多种群算法比基于遗传算法重构信号与原始信号的峰值信噪比提升了16.5%,相关性提升了12.5%,均方根误差降低了13.4%。

航空发动机旋转盘腔内部流动换热特性研究进展综述

The rotating disk cavity is an important part of the cooling-air system of the aero engine,and it has obviously significance to study the internal flow and heat transfer characteristics of the disc cavity,which will be helpful to improve the efficiency of the aero engine.This paper summarizes the existing research results of domestic and overseas.The present work considers the test methods and calculation methods of the flow and heat transfer characteristics of the rotating disc cavity of the aircraft engine.It points out that,the main factors which affect the heat transfer characteristics are the disc chamber speed,the intake volume,the design of the disc cavity pre-rotation/despin structure,and the type of disc cavity system.The influence of these factors on the characteristics of flow heat transfer is summarized.Based on these factors,the disc cavity structure can be optimized and designed,which provides suggestions for reducing the weight of the turbine,improving the thrust-to-weight ratio of the aero engine,and improving the cooling efficiency.