涡轮导叶端壁安装间隙泄漏流气动特征数值模拟研究

为研究导叶端壁安装间隙泄漏流的影响,本文围绕某双级涡轮开展了数值研究,分析了导叶端壁有无间隙、间隙大小等因素对涡轮流场和性能的影响。结果表明,端壁安装间隙的泄漏流仅在后半段形成,前半段受通道内较大压力的影响形成主流入侵现象,主流入侵范围占间隙出口面积的44%以上;随间隙宽度的增大,主流入侵现象呈增强趋势,这必然使得端壁侧面面临极大的热负荷;泄漏流流出后卷起泄漏涡,并引起端区气流欠转,导致下游动叶负荷降低,且影响了动叶通道端区旋涡演化,其带来的涡轮级效率差异为0.41%~1.12%,总功率差异为0.38%~0.82%。

Design and Numerical Simulation of Low-Fiber Hollow Spindle in Air-Jet Vortex Spinning

Based on the mechanical system of free-end fibers and the analysis of pulling free-end fibers out of the spun yarn during spinning,a low-fiber hollow spindle is designed and the air distribution of fluent field is simulated numerically. The negative pressure effect is much bigger at the top of low-fiber hollow spindle than that in Murata No.861,which is more conducive for single fiber to get into the channel of hollow spindle. The tangential velocity in 0-3 mm at the top of hollow spindle increases and the fluctuation of radial velocity is much stronger,which enhance the wrapping effect. In the addition,the distribution of axial velocity remains the same.

端壁抽吸位置对压气机叶栅角区分离控制的影响

以某高负荷压气机叶栅为研究对象,应用数值模拟方法探索了叶栅端壁不同抽吸位置对角区流动结构、通道漩涡发展过程以及叶栅性能的影响规律,寻求控制角区分离的可行方法。研究结果表明:在叶栅前缘上游5%C(弦长)位置实施抽吸,延缓了通道涡的形成,但导致叶栅来流攻角发生改变,在角区形成角区分离涡,并且该漩涡与通道涡相互促进,进一步恶化叶栅流场,导致叶栅落后角增大,损失增加;在叶栅通道激波后25%C端壁抽吸,吸除了上游端壁积累的高熵低能气流,制约了通道涡的迅速发展,改善了叶栅通道的流场结构,降低了流动损失,但并未对上游流场产生较大影响,是一种可行的方案。然而25%C处抽吸后,未能完全消除分离,在端部与叶栅通道主流之间存在较高损失区域。

旋风分离器旋涡尾端测量及压力特性分析

采用多点压力传感器对旋风分离器轴向、径向不同位置的压力时间序列信号进行了测量分析,同时用液体示踪法对旋风分离器内流动进行了显示。结果表明,壁面压力在筒体段及锥体段的周向分布轴对称;锥体下口及料腿顶部区域,壁面压力出现陡降突变,周向分布不再对称,在相对分离器入口约270°方位处出现凹陷,压力降至最低;再往下壁面压力很快回升,又复现轴对称。这些特征可作为旋涡尾端的识别标志,由此识别的旋涡尾端位置与液体示踪显示的旋转的封闭液环位置几乎一致。试验还发现,当入口气速大于5m.s-1时,旋风分离器内外旋流区压力波动的频率不同,内旋流压力波动频率高于外旋流且随入口气速增减而增减,外旋流区的压力信号频率则不随入口气速改变;内旋流涡核碰到器壁处的壁面压力信号会同时具有内、外旋流两个主频率。采用壁面压力信号可以很好地研究旋风分离器旋涡尾端的位置及其动态特性。

旋风分离器旋涡尾端位置的实验测量及其影响因素

为准确测量旋风分离器旋涡尾端的位置,采用筒锥式旋风分离器,通过红墨水示踪可视化地研究了分离器内流型,对轴、径向不同位置的压力信号进行了测量分析,并讨论了影响旋涡尾端位置的因素。结果表明,在分离器筒体及锥体段,静压沿径向呈V型分布,具有较大的梯度;而在料腿顶部区域,静压梯度急剧衰减,趋于平坦;这一特性可作为旋涡尾端的识别标志,由此识别的旋涡尾端位置与液体示踪显示的液环位置几乎一致。在筒体及锥体段,分离器内旋流压力信号具有一定的波动频率,而外旋流则没有明显的主频;在旋涡尾端碰壁处,壁面压力信号具有内旋流的波动频率,并有较高的幅值。旋风分离器旋涡尾端位置受入口气速的影响较小,但随着入口面积比的增加而上移,随排气管直径的增加而向下延伸。

压气机叶栅叶顶间隙流的动力学模态分解

为了研究低速孤立压气机叶栅叶顶间隙流的非定常运动型态,采用大涡模拟(LES)技术对流场进行数值模拟,并运用动力学模态分解(DMD)技术对x/c=1.0677弦长处S3截面叶顶二次流速度场进行模态分析。结果表明:动力学模态分解(DMD)能够得到速度场的定常模态和不同频率下的主要振荡特征。同时揭示了频率为f1=824.9Hz的一阶振荡主要表现为泄漏涡的低频周期性生成与退化;而频率为f2=9807.2Hz的二阶振荡是由叶顶移动端壁形成剪切层内的不稳定造成的,主要表现为泄漏涡的振荡与分裂。

扩压叶栅端壁区旋涡流动显示研究

通过氢气泡流动显示，获取不同攻角、不同径向间隙下扩压叶栅端壁区内各种旋涡的发生、发展、涡－涡、涡－附面层干涉的流动图画。

不同攻角下端壁射流旋涡控制扩压叶栅分离流动研究

为了研究端壁射流旋涡对扩压叶栅分离流动及性能的影响,采用数值模拟的方法,对不同攻角下带有端壁射流的50°折转角扩压叶栅进行了研究。结果表明:具有最优射流结构的旋涡发生器有效减弱了叶栅角区分离,零攻角下出口总压损失降低了8.9%;随着攻角的上升,射流对扩压叶栅气动性能的改善越显著;射流产生的旋涡可阻挡端壁低能流体向吸力面的迁移,并将主流流体卷入角区,角区流体动量增加、流动分离减弱,但旋涡与端壁二次流的掺混使得10%叶高以下的损失略微增大;射流参数决定了射流旋涡与吸力面的相对位置以及旋涡强度,对射流控制栅内流动分离效果有重大影响,需合理选择。

不同攻角下双孔射流旋涡发生器对高速扩压叶栅端区流动的影响

为了探究不同攻角下单孔以及双孔射流旋涡发生器(VGJs)对高速扩压叶栅气动性能的影响和作用机理,采用数值模拟的方法对栅内气动性能参数以及端区流动分布进行了较为详细的分析。数值结果表明:单孔以及同向双孔射流均具有较好的变攻角特性,随着攻角的增加控制效果先显著增加然后略微降低,在2°攻角条件下,VGJs使得总压损失降低最为明显,单孔射流达到11.0%。反向双孔射流的控制效果较差,在-4°攻角条件下甚至出现了3.9%的总压损失增长。采用射流旋涡发生器,射流旋涡(JV)将通道涡分成两部分,靠近吸力面的次生通道涡(PVⅡ)很快汇入角区,端壁展向涡(SV)消失,吸力面分离被推迟,但吸力面上的展向运动显著增强,叶栅通道内的二次流动得到有效控制。

热端管长度对涡流管性能影响的实验研究

研制了不同热端管长度的涡流管,并以空气作为工作介质,通过实验研究了热端管长度对涡流管能量分离性能的影响。实验结果表明:对于常温涡流管,在入口压力为0.5Mpa的情况下,相同冷流率时,随着热端管长度的增加,涡流管的制冷温度效应、单位制冷量和制冷系数增加,而其制热温度效应无显著的规律;对同一热端管长的涡流管,随着冷流率的增加,涡流管的制冷温度效应、单位制冷量和制冷系数增加,且在冷流率为40%-50%时出现峰值,而制热温度效应随冷流率的增加而增加,在冷流率范围内未出现峰值。

热端管长度对涡流管性能影响的实验研究

研究了不同热端管长度情况下涡流管的能量分离性能。实验中,采用纯度为99.99%二氧化碳为工质,进口压力为0.4 MPa。实验发现,在相同进口压力下,随着热端管长度的增加,涡流管制冷效应呈现先增大后减小的趋势,热端管长度为125 mm时具有最佳制冷温度效应,制热效应逐渐增大。同一管长时,轴向Z=12.5—50 mm壁温变化剧烈,热端出口附近壁面温度受回流影响较大,冷流率越大受回流影响越大。冷流率0.6、0.7时壁温随着管长的增大呈现先增大后减小的趋势,冷流率0.8时各管长壁温差别较小。

顺排微柱群内部层流流动特性

采用实验与数值模拟相结合的方法,研究了去离子水在低Reynolds数下流过顺排微柱群内部时的速度场、压力场以及流动阻力特性。实验测量了柱直径为0.5 mm,柱高度分别为1.00、0.75、0.50、0.25 mm的顺排微柱群的阻力系数,发现在端壁面效应的作用下,微柱群内阻力系数随柱高增加而减小,且现有关联式对实验结果预测并不理想。因此建立了三维不可压数学模型,数值模拟了柱间距分别为0.75、1.00、1.25 mm,柱高度分别为1.00、0.75、0.50、0.25 mm,行数分别为3、5、7、9,列数分别为5、10、15、20的顺排排列微柱群的内部流场及旋涡的分布,在此基础上获得了顺排微柱群流动阻力的新型计算关联式。研究发现,随着柱间距的增大,流场内旋涡增多,流动阻力增大。此外,顺排微柱群内部阻力系数随着柱高的增加、列数减少而减小,而微圆柱排数对阻力系数的影响在本文研究范围内不明显。研究还表明,本文所得关联式在40<Re<150范围内与实验值偏差为10%～25%,能够对微柱群内部流动特性进行有效估算。

尾板对重型载货汽车尾部流场的影响

为了降低风的阻力,对某牵引式重型载货汽车加装了4种不同形式和尺寸的尾板。并采用数值仿真的方法分析了尾板对流场的影响,探索了风阻产生机理和降低原因。仿真工况模拟正常车辆行驶速度25m/s,未考虑侧风影响。计算结果表明:安装4种尾板后风阻系数均有降低,降幅最大为2.8%,获得了较满意的降阻效果。对比分析了4种方案的整车气动阻力系数、流速分布及总压为零等值面的计算结果。研究发现:尾板对车身周围气流的影响集中在货箱尾部,改变了尾流中原有的环形漩涡结构,从而降低了风阻。

冷端孔径对涡流管性能影响的实验研究

本文搭建了涡流管性能实验台,研究了不同冷端孔口直径的涡流管实验样机的性能。当进口压力为0.3~0.5 MPa时,分析了冷端孔径对冷端温降特性、制冷量特性、等熵温度效率特性及COP特性的影响。结果表明:冷端孔口直径对涡流管性能有很大影响,存在一个使涡流管冷端温降及制冷量均达到最大值的最佳冷端孔口直径,在本文设计的涡流管几何尺寸条件下,最佳冷端孔口直径为5 mm,最佳冷端孔口直径与热端直径比为0.5。

移动壁对压气机叶栅间隙流动的影响

采用分区网格处理方法并发展了基于分块结构的三维N-S方程流体求解器,用以模拟压气机间隙区域复杂的流动现象。以一压气机叶栅为研究对象,计算分析了端壁静止和端壁移动情况下叶栅内部的三维流场,并考虑了间隙大小的影响。通过详细分析叶栅通道内部及尾迹区域的流动并与已有的实验结果对比分析表明,程序较好地模拟出了移动壁效应对间隙区域二次流动形成和发展的影响。数值和实验结果均表明,端壁移动情况下间隙区域的二次流动特征是刮削泄漏涡的形成和发展。

喷气涡流纺纱特征的研究

研究喷气涡流纺纱成纱机理。对喷气涡流纺纱成纱机理的自由端纺纱特征进行了分析,利用PHOENICS软件对喷嘴中气流的运动进行了模拟,并利用高速摄影对纤维加捻过程进行了拍摄,结合成纱结构进一步说明了成纱机理。认为:喷气涡流纺纱具有明显的自由端纺纱特征,但中心仍有未断裂的一定量的连续纤维。喷气涡流纺纱可以看成是部分自由端纺纱、半自由端纺纱或亚自由端纺纱。

热端管长度对涡流管性能影响的试验研究

涡流管具有结构简单、无运动部件、价格低廉、可靠性高等优点,但管内发生的能量转换却极为复杂。本文以压缩空气为工作介质,对涡流管能量分离特性进行试验研究,获得涡流管制冷、制热效应随热端管长度、冷端流率之间的关系。研究结果表明,热端管长度越长,六流道喷嘴涡流管的制冷、制热效应越好,获得最大制冷效应时的冷端流率越大。

四级低速轴流压气机端壁区流动的实验研究

在四级低速大尺度轴流压气机试验台上,利用自行设计加工的十孔梳状附面层探针、四孔探针以及埋入高频响Kulite传感器的动态探针,针对端壁区流动展开了详细的流场测量。从附面层探针测量结果中能清晰识别出附面层区和主流区;获得了该压气机进口的附面层位移厚度、动量损失厚度、能量损失厚度及堵塞系数,且实验结果表明,采用平板紊流附面层公式能较好地进行附面层厚度的估算;采用位移机构带动四孔探针测得的第三级压气机转子进出口流场速度结果显示,受轮毂旋转作用,转子后的下端壁区附面层厚度明显要小于上端壁区附面层厚度;动态探针测量结果能较为明显地识别出叶尖泄漏涡的发展轨迹,且随着流量系数的减小,叶片尖部最大负荷点从尾缘向前缘移动,导致叶尖泄漏涡起始点前移。

两端式自动化立体仓库布局堆垛机调度

针对两端式自动化立体仓库出/入库任务序列的分配方式和堆垛机的调度路径展开了研究。以堆垛机执行出/入库任务的时间为存储效率的评价标准,考虑货物出/入库台的分配问题,建立了单一命令与复合命令两种作业方式并存的堆垛机调度模型。运用涡流搜索算法优化堆垛机的调度路径,获得了堆垛机调度模型的最优解,实现了存储效率的最优化。仿真验证表明,该方法可以有效分配货物的出/入库台,优化堆垛机调度路径,提高仓库的存储效率。

不同叶梢结构的螺旋桨研究动态

作者综述了近20年来国内外研究的不同叶梢结构的船用螺旋桨，主要型式有叶梢收缩与承载螺旋桨（CLT），叶梢带小翼的螺旋桨，叶梢向前弯曲的Kapper螺旋桨，叶梢端板偏移的螺旋桨和“T”型叶梢端板螺旋桨等，文中也介绍了这些新型螺旋桨的性能和应用情况。