诱导轮空化流场数值计算及实验研究

诱导轮是一种经过特殊设计的轴流泵叶轮,在航天运载系统和能源领域中有广泛的应用。诱导轮的抽吸性能很大程度上受流场空化的影响。涡轮泵的外特性参数与诱导轮内空化密切相关,诱导轮内空化的产生及变化是涡轮泵扬程下降的根源所在。以某低温液体火箭发动机诱导轮为研究对象,采用数值计算和可视化试验手段揭示了诱导轮内空化产生和变化的规律,及其与涡轮泵外特性参数的对应关系,从微观角度解释了诱导轮内空化模式与涡轮泵宏观外特性曲线的定量对应关系。对空化流场的数值计算方法和可视化试验台的搭建及测试手段进行了详细的介绍,数值计算结果与可视化试验结果吻合良好,表明实际的数值方法对诱导轮空化流场计算实用可行。

标准模型流场数值计算

本项目采用沈阳空动力研究所研发的航空并行CFD计算平台,进行标准明星并行评估计算。该软件可广泛应用于飞行器的亚、跨、超和吃超音造的气动力学计算和-些特殊气体动力学问题如查升机旋翼、导弹发射,座船弹寸按弹,机动和气动弹性等。

标准模型流场数值计算

项目概况:本项目采用沈阳空气动力研究所研发的航空并行CFD计算平台,进行标准明星并行评估计算。该软件可广泛应用于飞行器的亚、跨、超和高超音速的气动力学计算和一些特殊气体动力学问题如直升机旋翼、导弹发射、座舱弹射、投弹、机动和动弹性等。

泵作透平时叶轮轴向力的数值计算与分析

为了准确预测泵作透平时轴向力的大小,采用流场分析软件CFX对泵作透平进行了全流场三维数值模拟,获得了叶轮盖板、叶轮流道内表面、叶片的压力分布及腔体内液体角速度的分布情况。结果表明:泵作透平在最高效点时每级叶轮受到的盖板力并非相等,随着级数的增加叶轮受到的盖板力呈现越来越小的趋势,而各级叶轮受到的轴向力随着来流水头的增大逐渐增大;并且各级腔内液体角速度的平均值均要高于传统认为的叶轮角速度的一半,且该值并非恒定,范围为0.42～0.70倍的叶轮转速。

煤粉锅炉二次风挡板及喷口阻力特性数值计算

【目的】优化锅炉二次风量调节是提高锅炉经济性的常见手段,能降低CO_(2)和NO_(x)排放,减少环境污染,助力我国早日实现“碳达峰”和“碳中和”目标。在此基础上,提出一种便于工业应用的监测和调控四角切圆锅炉燃烧器喷口的二次风的方法,帮助电厂提高四角切圆锅炉二次风量调节的准确性。【方法】根据某电厂350 MW四角切圆锅炉的二次风管道结构特性和燃烧器的结构特点,采用冷态数值模拟,对挡板入口到燃烧器喷口建立局部几何模型,采用ICEM-CFD划分网格,通过FLUENT进行流场数值计算,以挡板开度为唯一变量,得到挡板不同开度下的喷口和挡板的阻力系数,进而获得热态运行中挡板开度与流量的精准对应关系。【结果】通过计算得到的不同挡板开度下的阻力系数,可绘制出挡板及喷口的阻力特性曲线,发现该曲线的变化趋势有明显的区间分布,通过对比分析可得到二次风挡板调节流量特性较好的有效行程区。通过分析挡板和喷口阻力在不同挡板开度下的占比情况,发现在挡板的有效行程区内,喷口的局部阻力不可忽视。以挡板开度为100%时的阻力系数作为喷口的阻力系数,以此为基准可得到挡板单独的阻力特性曲线,对比得到两种挡板的调节特性异同。【结论】所提方法的计算结果可以为调节挡板开度,控制热态运行时二次风量的分布提供参考。

跨/超声速航空压气机流场数值计算

跨/超声速航空压气机内部流场十分复杂,存在激波、旋涡、湍流边界层及其之间相互干扰的问题,试验研究困难,设计难度高。发展先进的湍流模型,进行准确的流场计算,能够更好地研究压气机内复杂流动结构和演化机理,支撑试验研究,提升气动设计效率。高负荷跨/超声速压气机是先进航空涡扇发动机核心部件之一。压气机内部存在着复杂的涡系结构和典型的非定常效应,通过先进计算流体力学(CFD)的方法准确获得其气动性能,对压气机的设计和试验都起到了重要的支撑作用,对复杂流场结构物理本质的认识也起到了良好促进作用。

炉内流动过程数值模拟在煤粉射流逆向稳燃技术中的应用

根据炉内三维湍流流动数值计算，对煤粉射流逆向稳燃技术应用于焦作电厂670t／h锅炉的燃烧器改造方案进行了优化设计和分析，得到了具有工程应用价值的结论。

三种湍流模型对Al电解槽内Al液流场预测的比较及其工业测试

应用标准κ-ε双方程、低Reynolds数Jones-Launder κ-ε模型与RNG κ-ε模型分别对三种不同进电方式(四点进电的200kA槽、两点进电的160kA槽以及三点进电的80kA槽)的预焙阳极Al电解槽内的Al液流场进行了数值仿真,并且应用铁棒溶蚀法对相应工况下的Al液流场进行了工业测试。通过对计算结果和测试结果的比较与分析,可以得出:与标准κ-ε模型相比较,低Reynolds数模型具有较小的湍流粘度;标准κ-ε模型与RNG模型用于Al液流场的数值仿真时,其计算结果均有较高的可靠性,并初步得出在电流强度大于80kA的Al电解槽中,Al液流动的计算不适宜应用低Reynolds数模型。

低比转速叶轮性能的优化

利用一维性能预估和CFD计算,确定了一组低比转速叶轮的最佳出口宽度以及与之匹配的叶轮进口后的轮毂形状,并通过4种形状叶轮的试验比较进行验证,这为低比转速叶轮的优化设计提供了参考.

基于CFD的双涡轮液力变矩器的改进研究

针对YJSW315双涡轮液力变矩器一级、二级涡轮进口流态较差等问题，利用CFD技术对其内部流场及其性能进行了数值计算分析，通过对泵轮叶片出口和一级涡轮数量和厚度的调整，得到了一种优化方案，提高了变矩器性能。改型后的变矩器的起动工况转矩比提高了0．357，两个涡轮都工作时的效率提高2％～4％。提出的研究方法和结论对液力变矩器的改进或研发具有一定的指导意义。

压气机/风扇叶片自动优化设计的研究现状和关键技术

着重介绍和分析了近年来快速发展的压气机叶片自动优化设计方法现状、应用特点以及关键技术。通过分析指出:自动优化设计方法设计效率高,适用于高气动性能指标压气机/风扇设计;为缩短优化时间和提高搜索效率,优化算法应首选并行遗传算法;今后在叶片参数化方法、加速流场计算方法以及提高遗传算法的搜索效率方面需进行进一步研究。

YJSW315双涡轮液力变矩器优化改型研究

以YJSW315双涡轮液力变矩器为研究对象,采用三维流体数值计算分析方法,结合束流理论深入研究了叶片安放角与液流角之间的关系,探讨一级和二级涡轮叶片安放角的优化方案。研究表明,将一级涡轮叶片进口安放角变为64.5°,出口安放角变为25.9°,二级涡轮叶片外环进口包角变为78°,内环进口包角变为78°,进口安放角变为136.4°,出口安放角变为39°时,变矩器在低转速比(i=0.225~0.45)下运行的效率提高了3%~5%,启动工况变矩比由3.91提高至4.23。研究结果对YJSW315双涡轮液力变矩器的进一步优化改进具有较大的指导意义。

超高载荷大涵道比齿轮驱动风扇气动设计

增加减速比可以实现齿轮驱动风扇的转速变化。降低风扇转子转速,有利于降低风扇噪声和转子结构强度要求。应用一种大弯度低损失扩压叶型,进行大涵道比风扇转子气动设计,以降低风扇转子转速。由于该叶型弯度大,可实现超高载荷;构成的叶栅通道后部呈收敛状,可抑制附面层增厚,降低损失。风扇气动设计采用S1/S2两类流面设计方法,结合多点优化,所设计的超高载荷转子设计点效率为0.9644,级压比达到要求(1.35),级效率为0.9002、级喘振裕度46.19%。