喷水量及喷水位置对部分进气轴向涡轮机性能影响特性

增加涡轮机入口温度有助于提升涡轮机性能,然而受限于材料的耐热强度,一般需采取额外的冷却措施。用于水下航行器的部分进气涡轮机具有短叶片及小尺寸的特点,使其难以设置复杂冷却结构。利用航行器外部海水作为冷却介质,采用射流冲击方式冷却涡轮盘及叶栅,通过数值仿真研究了不同喷水量和喷水位置下的涡轮机性能。研究结果表明:轴向喷水为0.2 kg/s时,轮盘前表面的最高温度降低40.1%,后表面的最高温度降低28.6%,轮盘的最大热应力降低33.8%;轴向喷水0.2 kg/s的同时加入径向喷水0.1 kg/s,轮盘前表面的最高温度降低46.2%,后表面的最高温度降低33.8%,轮盘的最大热应力降低36.7%;在相同径向喷水量下,涡轮机的效率以及轮盘前后表面的温度和热应力与轴向方向的冷却水量负相关。所得研究结果可为水下涡轮机的喷水冷却策略提供参考。

轴向涡轮结构对干法制备ZrO2陶瓷粉体混合效果的影响

为探究轴向涡轮结构对干法制备ZrO_(2)陶瓷粉体旋转耦合流场的影响,建立气-固两相流数学模型,采用CFD方法分别建立4种不同的轴向涡轮结构ZrO_(2)旋转耦合室粉体数值模型。分析了ZrO_(2)粉体体积分数云图、速度场云图,探究ZrO_(2)陶瓷粉体旋转耦合流场的混合效果与不同轴向涡轮结构的内在联系,同时搭建干法制备ZrO_(2)粉体实验平台,实验分析粉体微观形貌及粉体球形度,以验证数值仿真的正确性。数值分析表明,轴向开启涡轮结构克服了径向流强、轴向流弱的困难,增强的轴向流更多的分布在旋转耦合室中上部,ZrO_(2)陶瓷粉体均匀性最佳,体积分布为0.7~0.8的粉体所占比例最大,且无明显堆积现象。实验结果表明,开启涡轮结构制备的ZrO_(2)粉体粉体形状较规则,球形度约为0.72。实验结果与仿真结果一致,验证了数值仿真的准确性。

非均匀来流条件下偏心涡轮转子的气流激振力和动力特性

转子的偏心与非均匀来流都会使得涡轮内的流动变得周向非均匀,从而产生气流激振力作用于转子。以轴流涡轮为研究对象,对双耦合激励盘模型的叶片尺度子模型进行了简化,利用简化模型分析了转子偏心和非均匀来流所产生的气流激振力。将偏心转子的分析结果与试验结果进行了比较,验证了简化模型的正确性。在此基础上就非均匀来流对偏心涡轮转子动力特性的影响进行了分析,讨论了受迫振动的位移响应和自激振动的稳定性条件。结果表明,在一定条件下,非均匀的来流也会对转子系统的运动稳定性造成影响。

基于一元流动理论的发电涡轮设计

涡轮发电机是一种极具优势的井下电源,涡轮组作为管道涡轮发电机的核心组件,建立数学模型并对其进行优化设计,是涡轮发电机设计的重要环节。本文根据石油行业和机械设计相关标准,完成了配套管道涡轮发电机涡轮定子的结构设计,并以一元流动理论为理论基础,对涡轮转子进行了优化,绘出了涡轮进出口速度三角形,建立了结构角、流速与转矩间的关系模型,最后根据该数学模型对发电涡轮转子进行了模算,模算结果与MATLAB计算结果相符合,表明该数学模型设计正确有效。