双流道泵叶轮边界涡量流分析与水力优化

为优化双流道泵叶轮,对原始泵的内流场进行数值模拟,引入边界涡量动力学理论进行流动诊断,分析了叶轮表面的边界涡量流(BVF)、摩擦力线以及涡量线的分布规律,找到了叶轮内产生不良流动的位置及其动力学根源。根据流动诊断结果,有针对性地调整影响双流道泵叶轮内流状态的结构参数,得到优化后的双流道泵叶轮。联合CFD计算和边界涡量动力学流动诊断方法,对比分析了优化前后的双流道泵叶轮,结果表明:优化后叶轮表面的BVF、摩擦力线以及涡线分布得到明显改善,BVF峰值和均值均显著降低,均匀性指数更接近于1,流动分离被抑制,叶轮受力状况得到改善,扬程和效率等水力性能明显提高。研究结果证明了基于边界涡量动力学理论的流动诊断和优化方法在流道式叶轮机械中应用的可行性。

贯流式水轮机桨叶涡动力学优化设计

为了优化贯流式水轮机桨叶的叶型,引入边界涡量动力学理论。对初始设计的导叶和桨叶叶型进行全流道三维湍流模拟,分析了桨叶表面上边界涡量流分布状态,找到了局部流动不良的部位。通过调整设计中给定的速度矩分布规律,对桨叶叶型进行优化。叶型改进后,桨叶轮毂附近和进口边附近边界涡量流分布明显改善,转轮效率提高。计算表明:桨叶表面上边界涡量流分布状态更有效地反映了转轮的流动性能,能够为叶型优化提供可靠的依据。

不同后进气系统对双面复合叶轮的影响

新型双面复合叶轮中,后进气通道与前进气通道完全不同,其流场结构更为复杂,阐明其对双面复合叶轮流场特性的影响具有重要意义。微型双面复合叶轮发动机后进气管通常有直管型、椭圆型和对称翼型三种类型,采用数值模拟方法分析不同后进气系统对双面复合叶轮压缩特性和流场结构的影响。结果表明:相比于直管型后进气管,椭圆型后进气管和对称翼型后进气管在压缩性能上略差,在流量范围上无明显差异;径向进气方式中椭圆型后进气道方案较佳,可匹配满足双面复合叶轮压缩特性和尾喷管稳定排气的需求;由副叶轮叶根轴向速度下降所引起的压力梯度增大,进一步诱导的分离涡是影响双面复合叶轮性能的主要原因之一。

竖井贯流泵水力不稳定特性的改善研究

为有效抑制竖井贯流泵水力不稳定马鞍区的产生,该文基于URANS方法和FBM-CC湍流模型,开展了沟槽控制技术改善竖井贯流泵水力不稳定特性研究。在深度失速工况下,采用正交试验方法优选出显著改善竖井贯流泵水力性能的沟槽控制技术方案,利用边界涡量动力学和熵产理论深入研究沟槽控制技术改善竖井贯流泵水力不稳定特性的机理。研究结果表明:沟槽控制技术能够有效抑制马鞍区工况下叶顶间隙泄漏涡和叶片表面的流动分离,改善了叶片表面的边界涡量流(BVF)均匀分布情况,提高了叶轮的做功能力以及降低了叶轮区域的水力损失,显著提升了竖井贯流泵的水力性能,其中在深度失速工况时,扬程和效率分别提高了12.3%和1.75%,进而能够有效抑制水力不稳定马鞍区的形成。