涡流恢复导叶对螺旋桨气动和声学性能影响研究

为了对比安装涡流恢复导叶与单排螺旋桨气动性能和气动噪声的差异,采用数值模拟的方法研究了安装六种不同间距涡流恢复导叶和单排螺旋桨的气动力及气动噪声。研究结果表明:在起飞状态,级间距Δx=0.27的工况下,安装涡流恢复导叶使得推力系数增加6.4%,效率增加6.7%。随着间距的增大,前级叶片的桨尖涡、尾迹涡等涡系结构在通过后级叶片时破碎并向下游传播,且强度逐渐减小。噪声强度随着级间距的增加而逐渐减小,最大级间距涡流恢复导叶的噪声与最小级间距涡流恢复导叶噪声相比降低5.7 dB,噪声下降幅度随级间距的增加逐渐减缓,存在级间距最优位置使得推力增加最大,噪声强度适中。

轴流压气机可调进口导叶叶顶间隙的数值仿真

为了研究分布式能源燃气轮机可调进口导叶的叶顶间隙,以某型燃气轮机跨音速级的轴流压气机为研究对象,采用NUMECA软件对可调进口导叶的不同叶顶间隙方案进行了数值模拟,分析了可调进口导叶叶顶间隙的仿真方法,以及对压气机跨音速级性能的影响。结果表明:若忽略可调进口导叶的部分间隙,将减小压气机的堵塞流量,增大高负荷工况的效率;部分间隙的泄漏流增加了可调进口导叶叶顶区域的总压损失,增大了下游动叶的入口冲角,并改变了近堵塞工况时下游动叶内的激波结构。建议在三维仿真时,不可忽略可调进口导叶的部分间隙结构。

小翼对风力机叶片表面压力分布的影响

在风力机叶片的叶尖上添置小翼,寻求动力放大机理,是非常重要的。本文利用CFD方法,对叶片表面及其附近的压力分布进行了数值模拟。通过对比风力机加V(8．8×8)型小翼和不加小翼时叶片的不同径向和弦向位置的压力变化,结合一定位置的等压截面图等分析,看出添置小翼扩大了叶片正负压力面的压差,找出最有影响的位置区域,为进一步揭示叶尖小翼对风力机动力放大的机理起到积极作用。

风力机叶尖加小翼动力放大特性实验研究

本文在风力机的叶尖上通过添加V型平板小翼实验,提高了风力机的输出功率。在风洞实验研究中,进行了不同长度和宽度、不同前张角和后张角小翼的探索。实验表明小翼对风力机在一定尖速比λ范围内可以提高功率系数C_p值。

风力机叶尖有无小翼三维流场的数值研究

采用多参考系模型方法对有无小翼水平轴风力机的三维流场进行数值研究。通过速度分析、压力分析及叶尖涡分析,得到:小翼消弱了叶尖涡的强度,推迟了叶尖涡产生的时间,使叶尖流动损失降低;有小翼叶片的下表面平均压力值比无小翼压力值(108Pa)增大了3.5%,且范围变宽;有小翼叶片的上表面平均压力值比无小翼压力值(-173Pa)降低了2.1%,因此有小翼叶片上下表面平均压力差比无小翼平均压力差(281Pa)增大了2.6%,扭矩增大,风力机输出功率增加。

谱分析法测量叶尖小翼对风轮旋转时固有频率的影响

风力机叶尖加小翼,在一定范围内可以增加风力发电机的输出功率,提高功率系数。本文通过应用谱分析法测量风力机风轮旋转时机头的振动谱,通过分析得到了风轮动频,应用动频曲线研究了风力机叶尖小翼对风轮固有频率的影响。实验表明,叶尖小翼虽然降低了风轮静频但通过增大离心力和气动力提高了动频。叶尖小翼可以改善旋转风轮的结构动态特性。

风力机叶尖加小翼动力放大特性的数值模拟研究

利用FLUENT商用计算流体软件对风力机叶尖加小翼后的性能进行了数值模拟,计算中基于N-S方程采用三维稳态隐式解法;湍流模型选择k-ωSST模型;离散方法为二阶迎风格式;压力-速度耦合采用SIMPLE算法。探索了小翼的不同参数尺寸对风力机性能,特别是对动力放大特性的影响;将模拟计算与实验结果进行了比较,得出小翼形状和参数对风力机动力放大的变化规律,表明本计算模拟方法对叶尖加小翼风力机动力放大特性研究是正确可行的。

滚柱叶片式双定子多速马达的原理与实验验证

为了解决双定子多速马达叶片尖端对内、外定子曲线的磨损及径向间隙补偿的问题,提出了一种新型的滚柱叶片式结构,该结构将叶片尖端与定子曲线间的滑压变为滚压,并依靠工作中产生的离心惯性力与液压力,将滚柱分别与内、外定子曲线压紧,形成密封容积。对4种不同工况下的双定子多速液压马达进行了受力分析,同时搭建实验台对双定子多速马达样机进行了测试。结果表明,滚柱叶片式结构能够在实现滚压的同时保持容积效率,转移了叶片尖端与定子曲线间的矛盾,为双定子多速液压马达的设计提供了一个新的思路。

不同叶尖小翼对风力机叶尖尾迹区域噪声影响的实验研究

通过在叶尖加装V型和S型小翼探究小翼对风力机噪声的影响。利用声阵列对S参考翼型风力机加装V型和S型小翼进行风洞的声学测试。结果表明:加装V型或S型小翼使得风轮叶尖区噪声出现不同程度的降低,其中加装S型小翼降噪效果要优于V型小翼,加装S型最优小翼使得风轮噪声最大降低了6.9%。

不同小翼对H型垂直轴风力机叶片压力分布的影响

以翼型为NACA0012的单叶片H型垂直轴风力机为研究对象,采用数值模拟的研究方法,分析叶片两端未安装小翼和安装3种不同叶尖小翼对H型垂直轴风力机叶片表面压力分布和叶尖涡的影响。结果表明:安装小翼均可提高H型垂直轴风力机的最大转矩系数,其中安装Winglet可提高H型垂直轴风力机起动力矩;增加叶尖小翼均对消除叶尖涡有利;H型垂直轴风力机叶片两端安装Winglet小翼较其他两种小翼效果好。

S型叶尖小翼对风轮振动频率影响的研究

利用PULSE16.1结构振动分析系统,针对直径1.4 m的小型水平轴风力机风轮分别在安装S型叶尖小翼与否的状态下进行静、动频测试,通过静频数据结合谱分析法识别风轮动频。研究发现,S型叶尖小翼导致风轮1、2阶振动静频下降,其对2阶振动静频的衰减幅值较1阶振动大,对同阶反对称振动静频的衰减作用较对称振动大,并具有显著调节风轮2阶反对称振动动频和对称振动动频间差值的效用。研究同时发现,S型叶尖小翼可有效改变风轮1、2阶振动动频曲线走势,从而有效调节风轮进入和脱离共振区的转速,这对于风轮最佳转速设计和避免共振设计具有较重要的意义。S型叶尖小翼对圆盘效应振动频率和轴向窜动效应振动频率影响很小,但在很大区域的转速范围内,圆盘效应振动动频曲线总是伴随风轮转速1倍频,并出现在1倍频振动带范围内,这一发现有可能为很多风力机叶片在远短于设计寿命期内频繁发生疲劳损伤事故提供新的解释。

平板V型小翼各参数对风力机功率系数的影响

为提高风力机的功率系数Cp,对平板V型小翼的参数进行了优化试验.采用正交试验法选取5个基本参数,分析了各个参数对风力机功率的影响,找出了对其影响明显的参数以及小翼尺寸与叶片尺寸的相对关系.

叶尖小翼的离心力和气动力对风轮动频特性的影响研究

通过对风力机叶尖处安装不同尺寸不同质量小翼的风轮和安装具有与小翼质量相同但不同纯质量块的风轮分别进行风轮的动频特性实验,结果表明:小翼的气动特性不仅仅调整了风轮动频曲线的走势,而且小翼设计的好可以使得风轮推迟或避开共振区;当风轮转速较高时,安装合适的小翼后,风轮一阶反对称的动态固有频率均能提高,而且气动特性的影响要大于质量的影响;当风轮转速较低时,安装小翼后的风轮,一阶反对称的动态固有频率不会提高还有可能下降,叶尖质量增加表现为使动态固有频率下降,气动力表现为使动态固有频率提高,而且小翼的质量成分的影响要大于或等于小翼的气动特性的影响;安装小翼后的风轮,在低转速时,会使动频下降,而且它对高阶振型的影响比对低阶振型的影响大。

叶梢小翼宽度对泵壳脉动压力影响的数值分析

叶片梢部加小翼可以改进喷水推进泵空泡性能,但由于叶梢小翼具有一定的宽度和厚度,会影响泵的水动力性能。在试验中发现叶梢增加小翼后,泵壳上的脉动压力发生变化。为分析叶梢不同宽度的小翼对泵壳脉动压力的影响,利用三维建模软件,针对某一轴流泵,保持叶梢间隙不变,在叶片梢部加装不同宽度的小翼,通过数值计算方法分析了梢部小翼对喷水推进泵水动力性能的影响。再通过非定常流场计算,分析叶梢小翼宽度对泵壳脉动压力的影响。结果表明:在该叶梢小翼宽度变化范围内,随着小翼宽度的增加,泵壳脉动压力先减小后增加。

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。

风力机加V型小翼后的性能变化

试验和数值模拟证明,在风力机叶片的叶尖添加小翼,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,文章基于叶轮周围流场的数值模拟结果,分析了加V型小翼和不加小翼的风力机流场-速度场和压力场特性。可以看出,小翼对风力机叶片叶端的影响较大,风力机叶尖的漩涡强度降低,能量转换效率提高。

可转导叶级对多级轴流涡轮特性的影响

涡轮导叶可转给流量的调节提供了更大的自由度,同时也改变了涡轮的特性。本文利用本研究所长期积累和实践验证可靠性较强的变几何涡轮特性计算程序,对某典型发动机的四级动力涡轮可转导叶转动不同角度后的特性进行了计算和分析,获得了不同导叶级转角对动力涡轮特性影响的关系曲线。其中也分析了导叶可转后引起的端部间隙所带来的影响。计算分析表明:可转导叶的间隙损失会受到叶型几何角变化的影响,在导叶关小时的间隙损失高于导叶开大时的间隙损失;另外由分析可知,对于需要在大范围工况条件下稳定工作的涡轮来说,可以考虑采用多级导叶可转的机构。

叶尖小翼对风轮结构动态性能的影响研究

风力机叶片叶尖增加小翼,在一定范围内可以提高风轮的输出功率,提高功率系数,但是小翼引起了风轮结构动态性能的改变。本文采用试验模态分析的方法研究了叶尖小翼对静止风轮结构动态特性的影响,采用谱分析法分析了加速度传感器测得的风力机机头振动谱,得到风轮的动频,应用动频曲线研究了叶尖小翼对风轮动频的影响。实验表明,叶尖小翼虽然降低了风轮静频但通过增大离心力和气动力提高了动频。叶尖小翼明显改变了动频曲线的走向,可以通过叶尖小翼改善旋转风轮的结构动态特性。

倾斜/后掠叶片对风扇单音噪声的控制研究

为探索倾斜/后掠静子叶片对风扇单音噪声的降噪机理并指导低噪声风扇的设计,采用基于三维黏性非定常雷诺平均数值模拟(URANS)和管道声类比理论(Ducted Acoustic Analogy,DAA)的流场/声场混合计算模型(CFD/AA)研究了不同转子叶尖间隙、倾斜静子、后掠静子等对NPU-Fan单音噪声的影响。计算结果表明:随着叶尖间隙增加,在1BPF (Blade Passing Frequency)和2BPF处,风扇前传、后传气动噪声均会增加,且1BPF处单音噪声增量大于其它谐频。在研究倾斜及后掠叶片的降噪机制时,须将管道特征函数与声源的耦合过程包含在内,并且要考虑真实风扇的尾迹特性及其向下游的输运过程。风扇静子负倾斜可以提升风扇的气动效率,但会增加噪声的声功率级;正倾斜叶片能够降低噪声声功率级,但风扇气动性能会有所降低。随着倾斜角的增加,降噪量增大,当倾斜角为+30°时,各谐波阶次的降噪量均超过2.3dB。后掠静子叶片相较于倾斜设计具有更好的气动性能和降噪效果。30°后掠角对于各谐波阶次的前传噪声降噪量均大于6.3dB,降低后传噪声超过10dB。正倾斜及后掠静子的降噪效果与噪声谐波阶次、传播方向紧密相关,谐波阶次越高,降噪效果越明显。倾斜-后掠综合设计方案对于前传噪声拥有最好的降噪效果,其综合了倾斜和后掠两者的优点。

外端壁收缩与单向倾斜组合涡轮导叶的三维气动力研究

低展弦比涡轮导叶的外端壁收缩与单向正倾斜组合设计是既可减小两端二次流损失又可以满足冲击冷却叶片叶身需平直要求的技术措施。本文简要阐述了组合设计可减小二次流损失的力学机制、流场特征及三维流场设计分析的评价准则。通过三维流场计算 ,详细分析了诸如单向倾斜角度、子午面外端壁轮廓收缩起点、内外曲率半径等主要特征参数对流场品质的影响。给出了组合设计的方法与步骤及评价流场的定性准则。该组合设计方法对低展弦比高温涡轮导向叶片的成功设计具有指导意义。