前弯叶片液力透平专用叶轮设计与实验

应用蜗壳内速度矩守恒的假设,推导了螺旋形蜗壳常数的计算表达式,得到了叶轮进口处的速度矩。采用无撞击进口、法向出口的液流工况,确定了叶轮的进出口安放角,设计了一前弯型叶片液力透平专用叶轮。设计了叶轮模型,进行了外特性实验。结果表明：对比原型泵作透平的实验结果,新设计的前弯型叶片液力透平专用叶轮显著提高了透平效率,最高效率由原来的59.98%提高到67.91%,最高效率提高了13.22%。采用专用叶轮的效率曲线较原型泵作透平的效率曲线平坦,在0.9-1.2倍最优工况运行区间,效率变化值在1.5%以内,高效区较宽。

前弯动叶片变工况性能的估计方法

在低速轴流风机中 ,前弯动叶和常规径向直叶片比较 ,具有提高效率 4～ 5%,增加变工况范围 1 5～ 2 0 %的优良性能。本文在发展完善“双激盘”理论模型的基础上 ,采用平板圆弧叶型实验数据 ,加入了攻角损失的计算 ,并将其用于前弯动叶片设计工况以及变工况的性能估计。在设计工况下和实验结果比较 ,沿叶高效率的最大误差为 1 .5%,沿叶高总压的最大误差为 1 .8%,两参数沿叶高的流量平均误差分别为 1 %和 1 .5%。在稳定工况范围内按流量平均计算的效率误差和总压误差均在 2 %以内。计算结果表明 ,该法可用于估计变工况下弯掠动叶片的性能 ,是一种简单、明了、适合工程需求的方法。

前弯型叶片液力透平的数值计算

为研究具有前弯型叶片液力透平的性能,设计了3种不同比转数具有前弯型叶片液力透平.采用全流场和结构化网格技术对液力透平内部流动进行数值计算,分析了具有前弯型叶片液力透平在不同流量下的外特性、压力场和速度场,得到了液力透平叶轮和尾水管内部流场随流量变化规律.研究结果表明:透平内部压力场从蜗壳进口经叶轮到尾水管出口压力逐渐减小,随流量的增大,液力透平的进出口压差逐渐增大;在前弯型叶片工作面存在旋涡区域,旋涡位置和区域大小随着流量的变化而变化;在尾水管横截面上存在随流量而变化的圆周速度分量;叶轮内部的水力损失是前弯型叶片液力透平内部的主要的水力损失,在3种液力透平中都占总水力损失的60%以上,并随比转数增大而逐渐增大.因此,前弯型叶片液力透平的优化设计应主要集中在叶轮研究.

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。

轴流前弯叶轮叶顶流场特征分析

针对不同化工用前弯叶片的轴流通风机,在额定工况处数值模拟了三维粘性流场以及利用粒子图像测速仪PIV试验测量了叶顶流场。在数值结果与测量结果相吻合的前提下,分析了叶轮近上端壁面极限流线、叶顶轴向速度大小分布以及不同前弯角度叶片对叶顶泄漏流在发展阶段的影响。结果展示了叶顶流场的基本特征-叶顶泄漏涡的初始段和发展段;揭示了叶顶泄漏涡是叶顶流动阻塞的最主要原因之一;叶片前弯角度与叶顶泄漏涡稳定度之间的非线性变化;在泄漏涡发展阶段,涡度随叶片前弯角度之间"先增强后减弱"的变化规律。

叶轮外径对前弯型液力透平性能的影响

为研究前弯型叶轮外径对液力透平水力性能的影响,进行试验,获得了液力透平外特性数据,与计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)的结果进行对比分析,发现两者结果十分接近,验证了CFD模拟的准确性。利用CFD技术获得了215 mm、235 mm和255 mm叶轮外径液力透平的外特性曲线,发现随叶轮外径的增加,高效点向大流量区域偏移,在大流量区域,扬程大幅下降,轴功率小幅提升,效率有较明显提升,在小流量区域,扬程上升,轴功率略微下降,效率下降明显。对215 mm、235 mm和255 mm外径叶轮的速度场分析,发现随叶轮外径的增加,叶轮与蜗壳基圆之间的循环流量逐渐减小,流动状态得到明显改善,叶轮内水力损失也有较为明显的减小。利用理论公式推测改变了叶轮外径后的液力透平的高效点参数,发现普遍高于CFD模拟结果,分析产生差值的可能原因。对液力透平的轴功率、扬程进行理论分析,探讨其随叶轮外径增加的变化趋势。

前弯前掠低噪声纺织轴流通风机的优化设计

从提高纺织轴流通风机效率、降低风机气动噪声的目标出发,采用叶片前弯前掠技术,在叶轮叶片的重心线上各基元截面采用高效翼型的最优化流型成型。应用叶片前弯前掠和最优流型相结合的技术研制开发了JYFZ新型纺织轴流通风机,并与目前纺织行业应用量较大的FZ40(35)-11/12型纺织轴流通风机进行了对比性能测试。结果表明,JYFZ型纺织轴流风机具有效率高、噪声低、质量轻、结构简单及工作区域宽广等特点。

叶片安放角变化规律对液力透平性能的影响

基于ANSYS Bladegen软件,针对不同叶片安放角变化规律分别设计3种前弯叶片液力透平专用叶轮。通过与试验结果对比,确定了合理的数值模拟方案,分别完成了3台透平全流场数值计算。分析了叶片安放角变化规律对透平外特性、压力分布和水力损失分布的影响。结果表明:最优工况时,3个叶轮的效率、压力分布和水力损失分布均相差不大。在非最优工况,安放角采用线性变化规律设计时,透平性能更好,效率曲线更平坦;叶轮出口处低压区域范围较其他2种方案大。水力损失分布显示在叶片进出口安放角及包角相同的情况下,安放角变化规律对蜗壳及尾水管内的流动影响不大,仅对叶轮内的流动产生较明显的影响,叶片安放角呈'S'形变化对透平性能的影响是负面的,线性分布规律相对较好。

叶片进口安放角对泵作透平外特性影响的数值模拟与验证

为充分探究离心泵作透平专用叶轮叶片进口安放角的确定方法,该文建立了液力透平专用叶轮叶片进口安放角与设计流量的关系表达式;基于ANSYS Blade Gen与NX软件,分别设计了4个不同叶片进口安放角的透平专用叶轮;在试验验证基础上,通过全流场数值计算,分析了叶片进口安放角对透平外性能的影响。结果表明:叶片进口安放角从60°增大到72°、90°和105°时,透平高效点对应的流量分别为85、90、100和110 m3/h,4台透平数值计算最高效率点流量与理论计算设计流量基本吻合,表明采用该文推导的设计流量与进口安放角的关系式合理。外特性性能曲线显示随叶片进口安放角增大,透平高效点向大流量偏移,最高效率值有所下降,且下降的速率增大。综合考虑透平最高效率及高效区范围,对于比转速为193蜗壳式单级单吸离心泵反转作透平,叶片进口安放角宜设计在60°与90°之间。该研究可为液力透平专用叶轮设计提供参考。

可逆式轴流风机叶片设计新方案的探讨

重点探讨了正反向性能完全相同的可逆式轴流风机叶片设计新方案。首先 ,通过对现阶段可逆式轴流风机叶片性能试验数据的分析比较 ,得出已有的和正在研究的正反向性能相同的双对称叶型并不能令人满意的结论 ,由此论述了正反向最大升力系数值可望提高 1 0 %以上的指标及其途径 ;其次 ,提出了一种正反向组合叶片的全新的设想。它具有可以充分利用现成、成熟叶型等众多优点 ,还可望继续提高其性能指标 ;第三 ,对应用正向前弯动叶片的可行性论证表明 ,在保证射流风机正反向推力相等的前提下 ,正向最大升力系数值可望进一步提高 1 0 %以上。

角磨机风扇叶片的形状研究及流体分析

阐述了使用CFD技术改善了角磨机风扇的送风效率从而降低了温升,获得了某型号产品的最佳匹配风扇设计。通过不同的设计方案比较,发现前弯叶片的设计更适合角磨机风扇的送风,并且有利于降低风扇噪声。

叶片形状对双通道海流能发电装置的影响

针对该文作者参与研制的一种双通道海流能发电设备,利用Fluent 6.3软件结合MRF模型进行二维数值模拟,对叶轮转动角度为5°～90°,设备输出功率为100 W,通道内流体的速度分布和压力分布进行分析,研究海水单向流动时直叶片、前向弯型叶片和后向弯型叶片,在不同的转动角度下对通过设备通道的海水流量和设备的叶轮旋转速度等性能参数的影响。模拟结果表明：在一个性能参数变化周期内,随着叶轮转动角度的增加,通过设备的流量和叶轮的转速先增后减;在相同的转动角度和输出功率条件下,前向弯型叶片转矩最大,转速最小,通过设备通道的流量最小;后向弯型叶片转矩最小,转速最大,通过设备通道的流量最大;直叶片的转矩、转速和通过设备通道的流量介于前向弯型叶片和后向弯型叶片之间。

泵作透平专用叶轮直径的确定及其对透平性能的影响

为了以理论方法建立前弯叶片泵作透平专用叶轮直径与设计流量的关系,揭示叶轮直径对透平性能的影响,该文以比转速为66的离心泵为原型,推导叶轮直径与设计流量的关系表达式。在不改变原型泵其他过流部件的前提下,基于ANSYS Bladegen软件设计3个进口安放角均为90°,直径分别为235、245和255 mm的前弯叶片透平专用叶轮。在试验验证基础上,分别完成3台透平全流场数值计算。结果表明:叶轮直径对透平外特性有显著影响,高效点随叶轮直径增加向大流量偏移。最高效率点均出现在计算临界流量稍偏右侧,与理论推导结论基本相符。叶轮直径从235 mm增大到245和255 mm时,透平最高效率分别提高了1.73%和3.32%。随叶轮直径增大,小流量区效率下降且降速快,大流量区效率提高且高效区宽。该研究丰富了液力透平设计方法,可为前弯叶片透平专用叶轮设计提供参考。

风冷发动机离心式冷却风扇设计中的几个问题

风冷发动机冷却系统设计的优劣,直接影响到发动机动力性、经济性、可靠性、耐久性能的好坏与外尺寸的大小。它的任务是根据气缸内高温工质传给冷却空气的热量,设计出满足冷却所需风量、风压特性、且高效率,低噪声、尺寸小的冷却风扇。匹配为恰到好处的导风罩和布置合适的散热片,以合理组织与分配气流,控制柴油机在最佳热状况下工作。 其中,冷却风扇的设计至关重要。以往风冷发动机离心式冷却风扇的设计,大都是经验设计,即参考样机风扇,选择几何参数,用一定的结构尺寸来满足给定的性能要求。通常是按多种方案并设计制造后。