基于升力法的贯流式水轮机叶片设计及可行性分析

根据升力法设计轴流式水力机械转轮叶片的基本原理、方法和步骤,设计了贯流式水轮机叶片,建立了贯流式水轮机的三维模型,并基于Fluent,采用RNGκ-ε双方程湍流模型和SIMPLEC算法对设计叶片进行了数值模拟,得到了叶片表面压力和速度云图、流场流线和速度矢量图,并估算出水轮机水力效率。结果表明,采用升力法进行贯流式水轮机叶片设计具有可行性。

一种改进升力法的研究

针对我国轴流泵效率普遍偏低的情况,著者试图提出一种改进的轴流泵升力设计法。考虑到轴流泵叶轮外缘、轮毂处的边界层及间隙流的影响,在传统的升力法模型中引入修正系数A(R,δ),对传统的升力法公式加以改进,得到了改进升力法模型。本文同时应用传统升力法和改进升力法对一轴流泵进行了叶轮叶片的设计,并利用NUMECA软件进行流动模拟,分别得到叶轮叶片表面及轮毂、轮缘处的速度-压力分布以及各工况的效率计算结果,证明了改进升力法较传统升力法优越,改进效果明显,有效地提高了轴流泵的效率,改善了泵内部流动的速-压分布。为轴流泵的设计提供了一种崭新的模式。

基于RANS升力法的轴流泵多方案优化设计

基于RANS法,借助商用软件ICEM(前处理)和CFX(后处理)对传统升力法设计的轴流泵存在的水动力性能缺陷和不足进行改进,并验证RANS法的准确性。以某型两栖车喷水推进器的升力法设计为例,在母型泵与设计泵性能参数相差较大的情况下,通过RANS法对影响轴流泵水动力性能的相关参数进行优化。结果表明:使用弦长优化方案和翼型拱度优化方案后的轴流泵改进设计均能达到预期优化目标,其弦长变化比为0.7或拱度变化比为1.4时,轴流泵的水动力性能较佳,满足最终设计方案需求。

基于三维边界条件的螺旋桨升力面设计方法

在传统的螺旋桨升力面设计方法中,通常忽略径向诱导速度,将三维形式的边界条件简化成二维形式的边界条件,且在从随边到导边对速度积分求解拱弧线的过程中对边界条件作了简化处理。随着螺旋桨设计理论和计算方法的发展,采用更为严密的三维形式的边界条件成为可能。论文采用三维形式边界条件求解,开发了新的升力面设计程序,实现更严格意义上的三维设计。实例设计结果表明,对于具有较大纵倾的螺旋桨,采用三维形式边界条件进行理论设计可以更准确地反映桨叶的三维效应。

一种计算螺旋桨性能的高效升力线法

本文提供了一种能有效计算螺旋桨性能的方法。方法的特点在于 :(1)边界条件中利用了中弧面上的局部斜率以代替平面边界条件 ,使本方法适用于具有较大弯度翼型的螺旋桨 ;(2 )用近似解析式与数值积分结合起来计算螺旋形尾涡产生的诱导速度 ,在保证精度的条件下 ,使计算工作量降低到原有的 10 % ;(3)利用翼型的升阻特性考虑翼型阻力及压缩性影响。利用本方法对某型飞机的螺旋桨进行了计算 ,并与实验数据作了比较 ,在进距比不太小的情况下 ,计算结果与实验数据符合很好。

非线性涡格法预报桨后舵附推力鳍水动力性能

对螺旋桨与舵附推力鳍分别采用升力面法和非线性涡格法计算.螺旋桨、舵附推力鳍两者之间的相互干扰采用迭代计算.数值计算过程中考虑了推力鳍端部分离涡的影响,提高了理论预报的准确性.螺旋桨尾流区分为过渡区和远尾流区.过渡区长度取3.0D,以使舵附推力鳍完全处于螺旋桨尾流的过渡区内,过渡区采用圆锥螺旋面来模拟涡片的变形现象.对影响推力鳍助推效率的几个主要参数进行了变尺度研究.并将结果与前人的计算结果进行了对比,计算结果显示螺旋桨后的舵附推力鳍助推效率随着安装角的改变而显著变化.存在最佳安装角,大约为5°,离开这个最佳安装角,推力鳍的助推效率将下降;推力鳍的展长与螺旋桨半径之比在0.9左右时推力鳍的助推效率最高;螺旋桨进速系数越小,推力鳍的助推效率越大.

船舶螺旋桨非线性升力线理论研究

根据船舶螺旋桨非线性升力线理论,考虑了自由涡径向收缩及水动力螺距角沿尾流变化对诱导速度计算的影响,从而对传统的升力线理论进行了改进,与实验图谱比较,该方法预报螺旋桨水动力性能计算精度明显提高。对同一设计条件用新的方法设计的螺旋桨比传统升力线方法设计的螺旋桨效率要高。

基于升力面自由尾迹的深海浮式风力机全耦合模型仿真研究

采用基于升力面自由尾迹的气动预测方法构建浮式风力机全耦合模型,采用多体系统动力学模型描述浮式风力机系统的运动响应,基于准静态假设计算系泊系统的系泊力,基于改进Morison公式计算水动力。结果表明:采用全耦合模型计算得到的叶尖涡轨迹预测值与实验值吻合良好;基于全耦合模型预测得到的浮式风力机运动轨迹与FAST计算结果吻合良好;在风波联合作用下可观察到较为明显的气动-水动耦合现象。

ZWX系列轴流泵水力模型的研究

我国轴流泵效率普遍偏低。对传统的升力法公式进行了改进,应用改进升力法设计的叶轮叶片能有效地控制轮毂和轮缘处边界层及间隙内流动,提高了泵的效率。利用Fluent软件进行流动模拟,叶轮叶片表面及轮毂、轮缘处的速度-压力分布也较理想,改进效果良好。

ZWX系列轴流泵水力设计与流动模拟

本文介绍一则用升力法对ZWX系列轴流泵的叶轮叶片进行设计的例子,应用Fluent软件进行流动模拟。根据流动模拟的结果对叶轮叶片表面及轮毂、轮缘处的叶型设计进行了修正,使其速度-压力分布比较理想,有利于改进轴流泵的效率。

小翼对风力机气动性能的影响

采用升力面法作为风力机气动性能预测模型对以美国国家新能源实验室NREL Phase VI风力机叶片为原型加装相应小翼的风力机进行气动性能预测与分析。结果表明加装小翼可在提高风力机功率输出的同时有效控制叶片载荷,降低风力机各部件的强度要求从而有效控制风力机各部件成本。

Z形折叠翼厚度对其气动特性影响分析

Z形折叠翼飞行器可在飞行过程中改变机翼面积,改善气动特性,执行多种任务.然而机翼折叠过程中有效气动面积、重心、气动焦点等参数的变化,会对飞行器气动特性产生较大影响.此外,机翼表面相互靠近,由机翼厚度引发的气动干扰也会导致升力、折叠铰链力矩等气动力发生变化.为此,首先利用薄翼理论和升力面法推导理想气体来流条件下折叠翼的定常气动力表达式.然后,采用CFD法分析折叠过程中折叠角、攻角和机翼厚度对飞行器升力、折叠铰链力矩等气动特性的影响,并将分析结果与升力面法结果对比.结果表明机翼折叠过程中,有效气动面积减小,升力、阻力系数总体呈下降趋势;随着折叠角增大,机翼表面相互靠近产生的低压区强度增加,机翼厚度对折叠翼气动特性影响显著增强.另外相比于CFD法,忽略机翼厚度项的升力面法对于折叠翼的气动力计算会产生较大误差.

基于流线法的轴流式心室辅助血泵叶片的设计

设计轴流式血泵叶片,并在三维绘图软件中进行建模,为流体动力学分析(CFD)和实体加工做准备。应用流线法,依据线性修正环量分布规律和翼型加厚规律,合理选择叶片进出口冲角,通过给定血泵流量和扬程,获得绘制翼型叶栅的数据参数,应用绘图软件进行建模。对翼型叶栅工作面和背面曲线点数据进行处理,在UG NX中完成了血泵叶片的建模。与升力法设计相比,应用流线法设计轴流式血泵叶片,减少了凭经验修正产生的误差,减小了叶片的扭曲。

船舶压载水系统自清滤器水力驱动叶轮的设计

结合船舶压载水管理系统自清滤器,采用升力法设计理论,对无动力自清滤器的轴流式水力驱动叶轮进行了设计。详细介绍了升力法设计叶轮的理论依据和计算步骤,包括叶轮外形参数轮毂比和叶片数的选择,以及叶片截面参数叶栅稠密度、叶片厚度等的选择计算。通过Solidworks软件对所设计的叶轮进行了三维实体建模,并导入到Fluent软件中进行数值模拟与简单的水力性能分析。

基于数值方法的船用铝合金螺旋桨性能和强度分析

验证升力面法和有限元法在螺旋桨水动力性能预报和桨叶强度分析中的计算精度,运用这两种方法对某铝合金螺旋桨进行分析设计。结果表明,在其水动力性能、强度等均满足设计要求的前提下,铝合金桨比青铜桨减重158.3 kg,减重比达59.2%。

基于非线性升力面方法的风力机尾迹数值模拟

基于非线性升力面方法,结合自由尾迹模型与黏性涡核模型,建立了轴向风和偏航风条件下的水平轴风力机气动载荷和尾迹的数值模拟方法。对具有丰富实验数据的NRELPhase VI风力机和TU Delft风力机进行了数值模拟,将叶片气动力以及尾迹场模拟结果与实验数据进行了对比分析。结果表明,计算方法可以较好地模拟风力机在轴向风与偏航风条件下的叶片气动力和尾迹,是一种具有较高工程精度和计算能力的数值模拟方法。

基于数值试验的喷水推进轴流泵的一体化设计

在给定流量、转速和扬程的设计指标下,综合分析和选取决定叶轮水动力性能的主要几何参数,采用升力法进行喷水推进轴流泵叶轮的水力设计。然后运用CFD方法对所设计轴流泵在设计点水动力性能进行数值模拟,计算结果表明:水力效率和扬程均满足设计要求。此基础上计算得到了该泵的扬程-流量、功率-流量、效率-流量特性曲线,进一步验证设计的合理性。最后将在设计工况下计算得到的水动力载荷导入有限元分析软件进行叶轮应力分析,校核了设计工况下叶片强度;同时,对叶轮进行模态分析,结果显示:所设计叶片固有频率远离轴频、叶频,能很好地避开叶轮共振。

基于CFD新型喷射泵内流场数值分析

主要对新型喷射泵进行模型建立以及内部流态分析,采用三维软件Solid Works建立模型,叶轮部分采用升力法设计。基于CFD对不同工况下的叶轮叶片、流道等参数进行压力、速度分析,得到结论:随着叶片数的增加,在相同工况下,叶片表面的压力分布逐渐均匀,叶轮内液流流动相对流畅,水力损失降低;叶片数的增加,增加了液流与叶片之间的摩擦,使泵的效率降低。

φ79 mm固液混输轴流泵叶片设计与分析

为加快"双梯度钻井系统关键技术研究及应用"国家重点研发计划项目的实施,研究设计了满足深海天然气水合物开采特殊工况的φ79 mm固液混输轴流泵,基于传统的升力与流线法两种主流的泵叶设计方法进行了多参数叶轮设计。选用Particle多相流模型进行水合物固液两相流数值模拟,对比分析了两种造型方法下的叶轮特性。通过研究不同半径处叶片表面静压以及叶片表面固相体积分布,预估了两种轴流泵在变流量下的性能。选择基于流线法设计的轴流泵为优选方案,进一步研究其在变颗粒直径和变体积分数工况下的固液两相流的流动特征。研究结果表明:基于流线法设计的轴流泵叶片扬程与效率更适合实际开采工况需求;随着颗粒直径和体积分数的逐渐增大,基于流线法设计的轴流泵叶片表面固相体积分数明显提升,导致扬程下降。研究结果对于固液混输轴流泵进一步的优化设计及现场应用具有一定的参考作用。

水平轴式海流发电装置的设计研究

为了提升海流能发电装置的的能量转换效率,研发了一种水平轴式S形叶轮海流发电装置。采用升力法设计叶轮结构,建立CATIA模型并开发了模具,以便于大规模的加工叶轮。设计了9槽8极绕组水下防腐永磁发电机,并进行了发电机系统结构的设计。导流罩的线性选择使得海流速度增加14%~23%,但流速过大又造成了装置不稳定。通过工程样机海上试验,验证了永磁发电机的发电性能,同时检测了发电装置实验阶段的防水及防腐效果。轮机在流速达到0.32 m/s时即实现无负载自起动。在海水流速为2.5 m/s时,轮机的获能功率可达到1 150 W;在海水流速为2 m/s左右的海况下,轮机的实际获能功率在900 W上下,获能效率最高为32%,提高了能量的转换效率。