航空发动机风扇机匣声衬与进气道声衬联合设计方法

对于现代的大涵道比涡扇发动机,风扇噪声是主要的噪声源。风扇机匣声衬(风扇前)与进气道声衬能显著降低风扇前传噪声。该两段声衬距离接近,所处的声场互相影响,有必要研究风扇机匣声衬(风扇前)与进气道声衬的联合设计方法。首先结合国内外进展,对声衬优化设计方法、声传播计算模型、声源模型、声阻抗模型、代价函数等声衬设计的关键环节进行讨论,并选择合适的方法形成一套完备的声衬设计体系与设计工具。同时,对航空发动机风扇机匣声衬(风扇前)与进气道声衬进行联合设计,得到单自由度与双自由度声衬两套方案,证明该工具的工程可行性与有效性。最后,对两种声衬方案进行了不同方面的评估,包括叶片通过频率(blade passing frequency,BPF)噪声降噪效果、宽频降噪效果等。评估表明,在该设计思路下,两方案在飞越、边线、进场前两阶BPF噪声都能得到很好的降噪效果,并且双自由度声衬能够在更宽的频率范围内显示出降噪优势。但是,如果代价函数能够进一步囊括声衬的宽频吸声效果,双自由度声衬能够具有更优的宽频降噪效果。

采用环形入口壳体的诱导轮汽蚀性能研究

针对某型号液体火箭发动机离心泵所发生汽蚀问题,在基于SIMPLEC算法上,采用雷诺时均Navier-Stokes方程(简称N-S方程)控制方程、Realizable k-ε湍流模型和mixture多相流模型,对泵环形入口壳体和诱导轮进行汽蚀性能研究。在数值流场计算研究中,分析各部件对诱导轮汽蚀性能的影响,发现诱导轮及环形入口壳体内流场的不对称性降低诱导轮的汽蚀性能。通过合适调整环形入口壳体面积比以及环形入口壳体出口与诱导轮之间的距离,使环形入口壳体出口流场收缩,在加速流中获得较均匀的速度场,改善了诱导轮入口流动参数,提高了诱导轮的汽蚀性能。所采用的改进方法对液体火箭发动机离心泵的研制和优化具有一定的指导意义。

300MW发电机组中锅炉引风机进气箱的优化设计

在试验的基础上分析了该机型存在的问题，并设计出了结构较为合理的进气箱模型。测试结果表明。

带导流叶排的轴流压气机级叶尖处理机匣容畸变特性

基于叶尖处理机匣轴流压气机叶排实验特性,应用畸变传递的矩阵分析模型,分析了进口导流叶排对叶尖处理机匣结构容总压畸变特性影响,初步建立了在进口导流叶排下几种处理机匣结构对总压畸变及其沿轴流压气机叶排衰减特性影响规律。计算结果表明,叶尖处理机匣虽均能有效提高压气机级的稳定工作范围,但削弱了转子叶排和静子叶排的抗总压畸变能力,这对设计合理的扩大轴流压气机稳定裕度处理机匣结构尤为重要。

可调进口导叶和叶片角向缝处理机匣相互作用的实验研究及机理分析

可调进口导叶和叶片角向缝处理机匣都能扩大压气机的稳定工作范围,为了分析同时采用这两种措施对压气机稳定性的影响及二者之间相互作用的机理,在单转子轴流压气机实验台上对不同导叶弯角下实壁机匣和叶片角向缝机匣进行了详细的实验测试。同时,对导叶弯角为+10°的每一种机匣结构和导叶0°的实壁机匣结构进行了数值模拟,数值模拟结果与实验结果符合良好,相对于导叶0°的实壁机匣,实验及数值模拟结果均表明,导叶正弯角结合叶片角向缝机匣处理结构能更好地扩大压气机的稳定工作裕度。对转子流场进行对比分析可得,导叶正预旋能抑制叶背气流的分离,提高压气机的稳定工作范围,但仍然没有改变转子叶尖部诱发失速的流动现象,而叶片角向缝主要是通过对叶顶气流的抽吸作用抑制了间隙泄漏流达到扩稳效果,因此耦合时能独立发挥各自的扩稳作用,从而能获得比单独使用任何一种方法都要更大的稳定工作范围的提升。

导叶不同步装置降低蜗壳进口压力的机理研究

利用基于特征线原理的蜗壳进口压力的表达式 ,结合含导叶不同步装置的水泵水轮机的全特性曲线 ,对高水头抽水蓄能电站中 ,低比转速水泵水轮机甩负荷时 ,导叶不同步装置降低蜗壳进口压力的机理进行了理论分析和探讨。导叶不同步装置的及时投入 ,增大了流量特性曲线在“S”特性影响区内的正斜率 ,减小了水轮机甩负荷时每一时间步长内的蜗壳进口压力的上升幅值 ,从而在一定程度上降低了蜗壳进口压力的最大值 ,但并不改变蜗壳进口压力的双峰特性。另外 ,在水轮机甩负荷工况的同时 ,MGV装置的延时投入时间越短 ,预开启导叶的附加开度的增加速率越快 ,蜗壳进口压力的最大值就降低的越多。

125MW机组转子寿命评估与预测在线监测系统的试验研究

介绍了125MW机组转子寿命评估与预测在线监测系统的开发研制 ,通过现场试验、分析 ,认为用高压上缸内壁温度作为寿命计算是可行的。并对机组实际启动、停机及变负荷工况进行寿命损耗计算 ,是符合实际的 ,该装置对指导电厂合理运行、延长机组寿命及提高效益有重要意义。

中压内缸进汽腔温度场的测试与分析

为了验证采用传热系数经验公式计算温度场的准确性,利用温度场测试和有限元计算2种方法对某在役超超临界1000 MW汽轮机中压内缸进汽腔的温度场进行了研究,得到了中压内缸进汽腔各测点温度的实测值,并与额定负荷工况下各测点温度的计算值进行了比较。结果表明:进汽腔内壁的金属温度计算值与实测值拟合较好,经验传热系数设定合理;进汽腔外壁的金属温度计算值比实测值偏高较多,经验传热系数给定值偏小;利用温度场实测值迭代反算传热系数的方法可以用于指导后续的汽轮机设计。

EⅡ型旋风分离器异型进口的有限元分析

介绍了旋风分离器异型进口有限元建模情况,分析了异型进口变形状态和应力分布特点,并依据JB 4732对危险截面进行了应力强度评定。结果表明,异型进口的顶板中心位置及外侧板进气口端变形最显著,而该结构应力最大点发生在内侧板拐角与顶板结合处。

进口畸变下新型处理机匣改善压气机性能的机理研究

为了揭示进口畸变下,处理机匣改善压气机性能的机理,采用全通道非定常计算方法研究了进口畸变时新型处理机匣-自适应流通处理机匣对亚声速轴流压气机性能及流场的影响,数值模拟中进口总压畸变通过在进口径向段布置栏杆实现。数值结果表明,进口畸变后采用自适应流通处理机匣能够提高转子的性能,其中效率的增加效果比总压比的明显,并获得近6.8%的综合失速裕度改进量。通过详细地分析压气机内部流场表明,处理机匣后使部分叶顶通道吸力面附面层分离起始位置向后缘移动,最大后移距离约为11%叶顶弦长,削弱了叶顶通道由气流分离造成的不良影响,并抑制叶顶间隙泄漏流从相邻叶片叶顶前缘的溢出,当喷气装置对准叶片通道时,其抑制前缘溢流的效果才是最佳的。

低渗高气油比油井合理套压研究

对于低渗透高气油比油井,由于其产液量低,泵抽过程中常常由于脱气等因素使得泵效较低,合理控制低渗高气油比油井的套压是保持该类油井高效生产的关键。根据低渗油藏油气水三相流动的流入动态与井筒多相流流动情况,分析不同条件下套压对动液面及产量的关系。结合油井具体动、静态参数,给出了低渗高气油比油井合理套压确定的过程。现场实例表明,根据油井供液情况,该方法能够确定合理套压,从而提高产量和泵效,具有适应性广、精度高的特点。

天荒坪机组突甩负荷试验工况蜗壳进口压力的统计特性剖析

本文从天荒坪抽水蓄能电站水轮机突甩负荷工况蜗壳进口压力的真机测试资料统计结果着手 ,利用特征线原理对其双峰特性进行分析和理论上的延伸 ,最终得出如下结论 :(1)当机组采用先快后慢的两段折线式导叶关闭规律 ,且其拐点位置没有进入机组特性曲线的反“S”区域 ,蜗壳进口压力将呈双峰现象 :第一峰对应于导叶关闭规律的拐点位置 ,第二峰出现在当机组单位转速为反水泵区域内的第一个最小值的瞬时 ,且其值大于第一个峰值。若机组关闭规律不变而拐点位置已经进入反“S”区域 ,蜗壳进口压力将呈现为单峰形态。 (2 )当机组采用先慢后快的两段折线式导叶关闭规律时 ,蜗壳进口压力只有单峰。

旋风分离器蜗壳进口应力及强度的有限元分析

介绍了旋风分离器蜗壳进口有限元建模情况,分析了蜗壳进口变形状态和应力分布特点,并依据JB4732对危险截面进行了应力强度评定。经分析可知,蜗壳进口的顶板中心位置及外侧板进气口端变形最显著,而该结构应力最大点发生在内侧板拐角与顶板结合处。结果表明,旋风分离器蜗壳进口强度满足安全要求。

蜗壳进口宽度对离心泵性能影响的分析

通过改变蜗壳的进口宽度,对蜗壳与叶轮的匹配关系进行了数值研究.在保证蜗壳断面面积不变的前提下,重新设计了两个进口宽度与原型泵互不相同的蜗壳,分别与原型泵叶轮组合作为研究所用的模型.利用FLUENT软件对离心泵内部流动进行了三维定常和非定常数值模拟.计算结果表明:泵的效率和扬程均随蜗壳进口宽度的增加而降低;随着蜗壳进口宽度的增大,蜗壳扩散段内的低速区域扩大,进口处的速度值减小;速度分布越向壁面分散,漩涡的范围越大.

300MW发电机组中锅炉引风机进气箱的优化设计

在实验的基础上，分析了该机型存在的问题，并设计出一结构较为合理的进气箱模型。测试结果表明，其性能远优于现有产品的性能。

耦合进排气壳的增压器涡轮流动干扰及激振力弱化研究

为探究船用增压器涡轮在耦合进排气壳条件下的流动特性,采用SST湍流模型和FFT方法对某增压器轴流涡轮与进排气壳耦合的流场进行非定常数值模拟,重点分析排气壳非对称流场对涡轮动叶片压力的干扰特性和扰动来源,在此基础上提出基于导叶非对称布局的激振力弱化改型方案并进行了验证。结果表明:进气壳影响静叶前缘静压沿周向的分布,排气壳流场导致的非对称背压会给动叶表面造成低频的压力波动,约为3.6%的转子通过频率,在尾缘吸力面处该低频波动幅值大于动静叶排干涉导致的高频波动幅值;排气壳内部复杂的分离流动和涡系结构是产生上述流动干扰的主要原因。4种非对称布局方案都能在几乎不影响涡轮性能的前提下分散并弱化高频波动幅值;其中Case 2尾缘高频幅值减小了98.6%,低频幅值减小了52.6%,而且涡轮效率还有略微提高,为最优布局。

TBCC发动机进气机匣流道评估与优化

对涡轮基组合循环(TBCC)发动机进气机匣进行全三维流场计算,评估进气机匣流道的流场和性能,发现进气机匣流道中气流损失过大,总压恢复系数不满足指标要求,需进行优化。然后根据流场分析结果和流道截面积变化,使用三次样条插值方法对进气机匣流道进行优化,使流道截面积变化更为平缓。对修改设计后的流道再进行全三维流场计算分析,反复迭代使得最终的进气机匣流道和支板的总压恢复系数大幅提高,并满足指标要求。

进、排气壳对全流道大膨胀比涡轮性能影响研究

为了分析船用增压器涡轮机进、排气系统对涡轮级性能的影响,采用数值模拟方法对全流道大膨胀比跨声速涡轮与进、排气壳耦合计算,探索进、排气壳耦合对涡轮级性能参数的影响,结果表明:进气壳主要影响静叶10%和50%叶高前缘的来流气流角周向分布,静叶排会减弱进气壳带来的参数周向不均匀性,排气壳主要影响动叶尾缘0°与180°周向位置总压与静压分布,进、排气壳耦合涡轮级总静效率比均匀边界涡轮级下降0.25%。

进气畸变对大涵道比发动机压气机中介机匣性能的影响

大涵道比涡扇发动机中压气机中介机匣内存在流动分离,由此造成的损失和出口流场畸变对航空发动机的性能有重要影响。通过根部安装20%高度的扰流器以模拟径向进气畸变,对一台大涵道比涡扇发动机的压气机中介机匣开展了畸变影响气动性能的实验研究。实验结果表明:进气畸变导致进口截面的总压恢复和损失系数相较于均匀进气分别下降了0.684%和增加了9.74%;总压和总温在通道整体高度40%以下区域亏损严重;在出口截面,进气畸变导致总压波动幅度大且40%高度以下存在低压区;出口总温由于气流的掺混明显高于均匀进气条件,出口速度明显降低。畸变气流通过中介机匣后,总温和总压分布较进口的畸变度下降且分布更加均匀;相较于进口畸变总压约30%的波动量,在出口处已经减小到了约10%。可见中介机匣对进口径向畸变沿流向的发展有明显改善作用。

航空发动机进口整流支板防冰槽裂纹故障分析

为了排除某型发动机进口整流支板裂纹故障,利用故障树的排查方法分析了故障原因,并对试验件进行了断口分析、尺寸测量、动应力及残余应力测试、防冰槽结构形式及表面状态疲劳对比试验。结果表明:支板防冰槽裂纹产生的主要原因是进气机匣焊接后残余应力较大,且防冰槽边缘存在应力集中,在试车过程中,防冰槽应力集中处在转子叶片激振的作用下萌生裂纹并扩展。针对故障原因开展了结构改进设计与试验,提出了修改防冰槽宽度、倾角尺寸及增加重熔层控制等措施,使得该故障得以排除。