侧式进 出水口顶板扩张角对拦污栅断面流速分布影响规律研究

抽水蓄能电站侧式进出水口双向过流,其顶板扩张角的大小将直接影响拦污栅断面流速分布是否均匀,甚至出现反向流速。抽水蓄能电站设计规范将3°~5°作为侧式进出水口顶板扩张角的推荐范围,其依据是矩形渐扩管阻力系数最小的扩张角度,但侧式进出水口体型较之复杂很多,因此有必要进一步探讨。本文以某侧式进出水口体型为研究对象,采用数值模拟方法,研究了11种角度的顶板扩张角对出流工况和进流工况拦污栅断面流速分布的影响。结果表明:在出流工况下,随着顶板扩张角的增大,中孔拦污栅断面的主流位置由居中部逐渐向底部降低,断面流速分布由上下基本对称趋于底部大上部小的上下不对称,当顶板扩张角较大时中孔拦污栅断面上部出现反向流速;随着顶板扩张角的增大,边孔拦污栅断面流速分布由基本均匀逐渐变为底部大上部小的不均匀分布;随着顶板扩张角的增大,中、边孔孔口流速不均匀系数均逐渐增大,但中孔拦污栅断面流速分布受顶板扩张角影响更大。在进流工况下,随着顶板扩张角的增大,中、边孔拦污栅断面流速分布及孔口流速不均匀系数均无明显影响。研究成果可为优化侧式进出水口设计提供指导。

燃烧室前缘扩张角对旋转爆震冲压发动机的影响

针对圆柱形隔离段-燃烧室构型的旋转爆震冲压发动机,开展了总温为860 K、马赫数为2的来流条件下的直连式试验,探讨了燃烧室前缘扩张角(θ=30°,45°,60°,90°)对爆震波传播特性、工况范围及压力分布的影响。结果表明:当燃烧室前缘扩张角为90°时,燃烧模态均为爆燃燃烧;随着扩张角的减小,燃烧模态将会向锯齿波和混合模态(包含单波阶段)转换。当燃烧室前缘扩张角为30°时,旋转爆震的自持工况范围最宽且燃烧室压力最高;同时,随着燃烧室前缘扩张角减小,实现混合模态的当量比下限降低。此外,分析了燃烧模态对来流的影响,发现:锯齿波/混合模态燃烧室内存在的周期性高频压力扰动会使隔离段内的激波串位置前移;混合模态对超声速来流的影响最为显著。

大扩张角子午流道型线对损失的影响

采用数值计算方法对具有大扩张角中间机匣的某型涡轮低压级子午流道型线进行了改型设计 ,提出了7种型线设计方案 ,并应用N S方程全三维粘性求解程序对 7种方案进行了验算。结果表明 :子午扩张型流道外壁型线的改变 ,对低压导向器出口能量损失的影响是显著的 ,设计气动性能优良的子午扩张型线能明显削弱由于大扩张角引起的气流分离 ,降低涡轮低压级的损失。

非对称波瓣下外扩张角对S型喷管气动热力性能影响

为了研究非对称波瓣下外扩张角对S型喷管气动热力性能的影响规律,以含非对称波瓣的S型喷管为研究对象,保持非对称波瓣长度、内扩张角、高宽比及上外扩张角不变,取定非对称波瓣下外扩张角依次为17.75°,22.75°,27.75°,32.75°,建立了一组具有不同下外扩张角的非对称波瓣S型喷管模型。通过数值求解Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程,得到了S型喷管气动热力性能随非对称波瓣下外扩张角的变化规律。研究结果表明:第一个弯道上游流场中,流向涡具有较强的混合能力,其核心区无量纲涡量值随非对称波瓣下外扩张角增大而逐渐增大;然而,在第一个弯道下游流场中,所有模型对应的流向涡核心区无量纲涡量值均已非常微弱。在S型喷管弯道区域,流道流向、截面形状发生巨大改变,使得内外涵流体混合效果显著提高,但混合流体的总压恢复系数却急剧下降。混合流体热混合效率值受下外扩张角影响不明显,但S型喷管下半部分内壁面温度随下外扩张角增大而逐渐上升。在S型喷管出口,下外扩张角为17.75°模型的总压恢复系数为0.9464,高于其他3种模型,并且相对于该截面上总压恢复系数最低值增加了0.55%。

超音速化学氧碘激光器光腔扩张角

在超音速化学氧碘激光器的设计中,为了削弱光腔部分的化学反应放热对激光器出光的负面效应,在光腔部分通常加入一扩张角。为了研究这一扩张角对激光器内流场的作用,根据kW级超音速化学氧碘激光器的实验平台,数值模拟了激光器内超音速混合喷管至光腔部分的流动过程,解析了光腔扩张角对内流场的流动参量和化学增益的影响,从维持压强和温度稳定性方面比对分析了不同扩张角度的性能,并探索了喷管高度和扩张角之间的规律。结果表明:此kW级超音速化学氧碘激光器的合理光扩张角度为4.5°。

非对称波瓣上外扩张角对S弯二元喷管性能影响

为了明确非对称波瓣上外扩张角对涡扇发动机S弯二元喷管流场、流向涡涡量场、热混合效率、总压恢复系数和壁面最高温度的影响，采用基于Navier-Stokes（N-S）方程的三维数值模拟方法对不同非对称波瓣上外扩张角模型进行了定量研究，并得到了气动热力性能的影响规律。结果表明：非对称波瓣上外扩张角在5°-25°变化时，在波瓣尾缘处，流向涡的无量纲涡量随上外扩张角的增大而增大。在S弯二元喷管出口截面处，热混合效率随上外扩张角的增大而增大，总压恢复系数随上外扩张角的增大呈现出增大-减小-增大的趋势。S弯二元喷管的壁面最高温度随上外扩张角的增大先下降后升高，其中上外扩张角为10°壁面温度最低，约为426K。

离心风机蜗壳扩张角对其效率、噪声影响的试验研究

通过实验研究离心风机蜗壳扩张角对风机噪声及效率的影响。实验结果表明,采用不同的蜗壳扩张角对离心风机噪声和效率有较大影响,选用合适的扩张角对降低噪声,提高效率有十分重要意义。

水口扩张角对230mm×1300mm板坯结晶器流场及氩气泡行为的影响

利用离散相模型研究水口扩张角（0-12°）对230mm×1 300 mm板坯结晶器流场及氩气泡行为影响。并用水模型实验进行了验证。结果表明,扩张角增大,能显著减小注流冲击深度及氩气泡在自由液面上浮区域;尤其当扩张角为9°时,结晶器流场较好,自由液面波动较小,有利于夹杂物去除及减轻界面卷渣几率。双流230mm板坯连铸工业性试验表明,安装扩张角9°的水口一流铸坯较安装无扩张角水口的另一流铸坯表面夹渣发生率降低了5.9%-14.8%。

大扩张角涡轮过渡段性能试验和数值研究

为研究某型大扩张角涡轮过渡段气动性能,对过渡段内部流场进行了详细的试验测量,同时采用CFD数值模拟对过渡段内部流场进行仿真,并与试验结果进行对比分析。结果表明:过渡段机匣表面流动受强逆压梯度影响,容易发生流动分离;轮毂表面流场受支板前缘冲击绕流的影响,呈现周向不均匀性。来流气流角使得过渡段内部流场向支板一侧偏斜,随着气流角的增大,过渡段总压损失增大。CFD模拟结果与试验测量结果吻合较好,均能很好地捕捉流场的细节特征;过渡段进、出口总压恢复系数随着来流气流角的增大而减小,CFD模拟和试验测量值的偏差约为0.2%。

不同喷口扩张角下离心喷嘴雾化锥角特性研究

为研究扩口式离心喷嘴的雾化锥角特性,对5个不同扩张角度的喷嘴展开了试验与数值计算研究。试验以RP-3航空煤油为工质,采用高速摄影对油雾场进行拍摄,Matlab二值化处理得到雾化锥角;数值计算采用VOF(Volume of fluid)方法结合RSM(Reynolds stress model)湍流模型。研究表明:随着扩张角的增大,锥角不是单一的变化规律,而是呈先增大后减小的趋势,且不同油压差下锥角峰值及其对应的扩张角有所差异。揭示了随扩张角增大,扩张段内液膜呈现附壁/未附壁两种流动模态。结合试验与理论计算结果分析,发现供油压差增大后,60°扩张角会限制锥角的大小,使锥角峰值出现在90°扩张角处。然后,比较100°,120°扩张角的气液两相图,发现扩张段内的射流使附近空气与其同方向运动产生回流区,而回流区与空气核相互作用反过来又影响着射流的偏转幅度,决定液膜未附壁时的锥角值。最后比较发现平口喷嘴的雾化特性决定了两种模态的出现与否,解释了已有研究中规律不一致的原因。

催化转换器扩张角对流体流动特性的影响

进入排气管催化转换器载体的流体分布越均匀,催化转换的效果越好,催化转换器扩张角是影响进入催化转换器载体流体分布是否均匀的关键因素。通过ANSYS建立了催化转换器模型,模拟了在不同的流速下扩张角对流体流动特性的影响,为催化转换器结构的设计提供了依据。

波瓣混合器内扩张角对一体化加力燃烧室性能的影响

通过开源场运算和OpenFOAM中二次开发的数值计算程序对某型一体化加力燃烧室进行了数值仿真研究,并基于仿真结果定量分析了波瓣混合器内扩张角对加力燃烧室气动热力性能的影响。结果表明:随着内扩张角的增大,强化了加力燃烧室中流体的混合效果,但同时也导致了较大的总压能损失。在加力燃烧室出口处,相对于基准环形混合器模型,内扩张角25°模型对应的热混合效率提升了16.2%、总压恢复系数相对下降了0.88%。当内扩张角逐渐增加时,缩小了不考虑与考虑辐射换热时热混合效率的差值,即减弱了辐射换热强化热掺混的效果。

扩张角对型面喷管的推力影响数值仿真

为了研究扩张角对型面喷管推力的影响,利用AUTO-CAD建立二维轴对称型面喷管几何模型,通过控制初始段和出口段扩张角的角度获得喷管的型面,利用FLUENT软件对喷管进行了二维粘性流动数值模拟,得到了喷管内流场的速度云图、压力云图、喷管出口的压力、轴向速度变化曲线以及喷管的质量流率,利用推力公式,运用数据处理得到喷管出口参数平均值,求得型面喷管的推力。计算结果表明:在扩张比恒定的条件下,随着喷管初始扩张角的增大,喷管的推力先增大,而后保持不变;随着出口扩张角的增大,喷管的推力逐渐减小。这项研究可为固体火箭或导弹发动机的设计奠定了基础。

基于动态扩张角的广义Pareto支配优化算法

NSGA-Ⅱ算法在处理高维多目标问题时解集的区分度变得很差,对此,有学者提出了基于扩张角的广义Pareto支配优化算法(GPO-NSGA-Ⅱ),即通过改变扩张角来调整解的支配区域,从而调整解集的区分度,进化过程中扩张角保持恒定。本文在GPO-NSGA-Ⅱ算法的基础上提出了随着种群进化扩张角动态改变的广义Pareto支配优化算法(DGPO-NSGA-Ⅱ),通过动态调整种群进化过程中的扩张角来影响种群进化的选择压。扩张角的动态调整采用线性减小方式,即随着种群的进化将扩张角从初始扩张角线性减小为0。为保证获得一个较好的初始扩张角区间,对种群进化的不同扩张角进行了大量对比实验。将该算法与GPO-NSGA-Ⅱ、NSGA-Ⅱ在测试函数上进行对比实验,结果表明该算法能以更高的精度更快地收敛到理论前沿,个体分布也更均匀。

大扩张角涡轮过渡段非定常流动数值仿真

为进一步减小涡轮过渡段流动损失,深入了解涡轮过渡段中的非定常损失机理,开展了大扩张角过渡段研究。在过渡段的非定常流动机理研究中,过渡段进口流场的最显著特点是:转子泄漏涡、通道涡和尾迹。采用数值方法对大扩张角涡轮过渡段进行3维非定常数值仿真。结果表明:支板尾缘部分的静压波动小于支板前缘部分的;高压涡轮静子尾迹被转子切割后进入转子通道中向下游传播并在过渡段内形成尾迹通道,尾迹在过渡段内的时空演化是过渡段内损失的主要来源;过渡段支板表面负荷分布发生明显的周期性变化,支板表面承受较强的非定常力,在过渡段设计中必须考虑。

RH真空精炼用顶枪枪头扩张角的浅析

RH真空室是RH真空精炼冶金反应的熔池，RH真空精炼脱碳反应的反应速度与RH真空精炼用顸枪枪头参数的设定有密切关系。借助商业软件GRAFTOOL3．0对R．H真空精炼用顶枪扩张角大小进行流场数值模拟，分析了不同扩张角角度下的射流状态，对R．H吹氧脱碳提供了重要科学依据，验证了最佳扩张角角度。

圆钢成品孔型扩张角的计算方法

在圆钢成品孔型设计中,孔型宽度大于高度,一般采用双半径构制孔型,即一个为基圆半径 R,一个为扩张半径 R′,见图1。当侧角ρ<θ(扩张角)时,孔型两侧用圆弧联结。这在设计中比较好处理,只需先按公式(1)计算出侧角ρ,再将ρ代入公式(2),即可计算出扩张半径 R′。

主燃级扩张角对中心分级燃烧室性能的影响

以三级旋流器的中心分级燃烧室为研究对象,采用数值模拟的方法研究了主燃级扩张角对中心分级燃烧室性能的影响。在保证旋流器结构其他参数不变的前提下,改变主燃级扩张角,基于此设计了4种方案:扩张角分别为0°、15°、20°和30°。结果表明:4种方案均形成了中心回流区,当主燃级扩张角为15°和20°时,中心回流区形状较好,燃烧室出口平均温度、最高温度以及最低温度都处于较好范围内。研究证明,选择合适的主燃级扩张角大小能够提高中心分级燃烧室的燃烧性能。

扩张角对双通道涡流室式柴油机涡流特性的影响

以BH175F1柴油机为原型,研究扩张角对双通道涡流室式柴油机涡流特性的影响,以5°间隔分别改变其通道A和B扩张角共9组方案,借助于FLUENT软件,得到其喷油过程涡流室气流形态。研究结果,可为柴油机性能的改善提供依据和技术参考。

压气机试验器大扩张角进气系统数值模拟

本文对压气机试验器大扩张角进气系统进行了数值模拟,结果表明:导流锥及两道球面孔板较好抑制了扩压段分离流动,进气系统出口截面流场品质满足设计要求及相关标准。对比不同流量下的流场参数,显示该进气系统具有较宽的流量工作范围。