不同叶顶弯曲对离心叶轮性能影响机理

面对现代发动机对离心叶轮性能需求不断提高的背景,叶顶弯曲具备有效改善离心叶轮气动特性的能力,本文通过数值模拟的方式对不同叶顶弯曲方向、弯曲形式、弯曲程度的压气机性能进行预测,基于仿真结果对不同流动状态下压气机内部流场进行分析,给出了叶顶弯曲压气机性能变化机理。结果显示:负弯叶轮有助于提升压气机峰值效率,提高压气机堵塞流量。正弯叶轮则在损失部分效率的情况下,使压气机失速裕度得到提升。弯曲叶轮主要通过改善叶顶前缘载荷,重构叶轮通道内静压分布,从而削弱激波强度、减少二次流损失、抑制低能涡发展,达到提升压气机性能的目的。本文研究结果可为离心压气机叶片改型设计提供参考。

扭曲叶片绘形新方法

通过理论分析与数学计算获得了平面曲线上任一点处安放角与曲线极坐标方程的关系,同时导出了通过平面上两定点且在两定点处有给定方向的曲线的极坐标插值方程。以这些理论成果为基础,进一步提出了叶片表面相对流线在投影平面上绘形新方法。这一方法不仅保证了绘制的型线有给定的边界条件,同时保证了各型线有相等的包角。上述理论与方法将有利于完善扭曲叶片绘形新程序,丰富叶片绘形理论。

保角变换离心式叶片绘型的新方法

针对传统设计中扭曲离心叶轮叶片绘型仅凭设计人员手工操作难以保证相对流线的设计精度和质量的问题,采用插值方法推导出两类相对流线的插值方程以满足不同的设计要求,保证设计人员根据叶轮的比转速和叶片数给定符合要求的叶片包角,或者保证叶片安放角基本按线性规律变化.该扭曲叶片绘型方法避免了手工绘型的盲目性和随意性,提高了叶片绘型的精确度,改善了叶片的水力性能.

低比转速叶轮叶片数的选择准则

离心叶轮叶片数的正确选择是提高叶轮水力性能的重要措施.通过考查国外最新速度系数法设计资料和分析影响叶轮流道脱流和园盘摩擦损失的多种因素,提出了与传统观点相反的结论:增加低比转速离心叶轮叶片,并不是改善叶轮水力性能的有效途径,在合理选定叶片包角、叶轮出口宽度及优化叶轮直径的条件下,适当降低低比转速叶轮叶片数,对提高叶轮水力效率、消除离心泵的特征曲线的驼峰都有重要意义.这一新观点为设计人员正确确定低比转速叶轮叶片数提供了重要参考.

离心叶轮二元叶片型线的优化设计及分析

为改善优化离心叶轮的气动性能,提出离心叶轮二元叶片型线的一种优化设计方法,即通过给定流道平均相对速度沿半径的分布规律,在叶轮轮盘轮盖线不变的前提下,设计出一类叶片型线,并利用全三维数值模拟计算得到最佳性能的叶轮。孤立叶轮的计算表明,大部分工况的性能均明显优于原始叶轮,在设计点处效率提高12%,压升提高8.9%,流道中低速区的面积大大减小,静压场分布更加均匀。最佳叶轮配上原始蜗壳进行整机计算,结果表明,设计点效率提高10%以上,且消除了蜗壳出口段的倒流现象,但在大流量工况下压升量有所下降。

叶片进口安放角对泵作透平外特性影响的数值模拟与验证

为充分探究离心泵作透平专用叶轮叶片进口安放角的确定方法,该文建立了液力透平专用叶轮叶片进口安放角与设计流量的关系表达式;基于ANSYS Blade Gen与NX软件,分别设计了4个不同叶片进口安放角的透平专用叶轮;在试验验证基础上,通过全流场数值计算,分析了叶片进口安放角对透平外性能的影响。结果表明:叶片进口安放角从60°增大到72°、90°和105°时,透平高效点对应的流量分别为85、90、100和110 m3/h,4台透平数值计算最高效率点流量与理论计算设计流量基本吻合,表明采用该文推导的设计流量与进口安放角的关系式合理。外特性性能曲线显示随叶片进口安放角增大,透平高效点向大流量偏移,最高效率值有所下降,且下降的速率增大。综合考虑透平最高效率及高效区范围,对于比转速为193蜗壳式单级单吸离心泵反转作透平,叶片进口安放角宜设计在60°与90°之间。该研究可为液力透平专用叶轮设计提供参考。

离心泵可控包角圆柱形叶片型线方程

为进一步改善低比转速叶轮性能,针对低比转速叶轮广泛使用的圆柱形叶片的叶片包角都是由叶片型线的进、出口边条件确定的常数,以极坐标系下的插值方法为基础,导出了一种新的圆柱形叶片投影曲线的插值方程,这一平面曲线的主要特点是其包角可作为设计常量由设计人员根据需要事先给定.给出了基于艾尔米特插值方法的曲线方程的推导过程和结果,即在根据给定叶片包角后,在边界条件支持下,通过计算获得了艾尔米特插值函数的相关四项表达式.同时分析了曲线的部分几何特征,通过微分证明了这一曲线在进、出口半径处,叶片安放角等于给定值,且曲线包角等于给定值.这一新颖的圆柱形叶片将有利于改善圆柱形叶片的水力性能和水力效率.

基于SolidWorks和Excel机翼型叶片的造型设计

在分析机翼型叶片造型计算方法的基础上,针对翼型叶片造型的难点,利用三维CAD软件SolidWorks提供的样条曲线的造型功能,使用Excel软件计算叶片上下轮廓的坐标值,输入至Solidworks软件中完成叶片截面轮廓造型设计,并给出了G4-68型离心式风机叶轮三维实体建模的方法和步骤。

离心泵可控包角扭曲叶片绘形新方法

为了进一步提高离心泵的水力性能,提出了一种扭曲叶片设计绘形新方法.这一方法在吸取传统扭曲三角形绘形法某些特点的同时,在保证叶片上相对流线的安放角合理变化的条件下,设计人员能根据需要给定各流线的包角,从而优化了这一几何参数.给出了这一方法的基本原则,即在一个与叶轮轴心线垂直的平面上,根据给定的叶片包角和安放角均匀变化的要求,直接绘形叶片表面相对流线的投影曲线,然后在局部全等的条件下获得曲线的展开图,以检查和修正投影曲线.给出了这一方法的详尽绘形过程.

渐开线圆柱形叶片的计算与研究

为克服低比转数离心泵叶轮常用圆柱形叶片的表面脱流 ,提高叶轮水力效率 ,设计了一种渐开线圆柱形叶片 ,并以数学分析方法证明了渐开线两项重要几何特性 。

离心泵叶轮轴面流道设计的一种新方法

提出了一种设计离心泵叶轮轴面流道的新方法。在确定叶轮后盖板的轴面流道曲线后，从过流断面积Ｆ沿流道中线Ｌ线性变化出发，推导出前盖板曲线的离散迭代公式。实例表明，该方法比圆弧－直线的前盖板轴面曲线的Ｆ－Ｌ曲线更接近于直线，即流道变化更均匀。此外，指出了误差的大小和产生原因。

弯曲母线离心时轮设计方案比较、分析

为了探讨叶型弯曲不同分布对叶轮效率的影响，本文使用三元粘性数值模拟方法，对几个具有弯曲母线的离心叶轮进行了分析比较，在减损机理、特别是设计准则方面进行了摸索和探讨。

可控曲率半径的圆柱形叶片逐点绘型方法

针对中低比转速离心泵,根据叶片进出口边界条件,以逐点绘型方法为基础,提出了一种新的曲率半径可控的叶片绘型方法。该方法的主要特点是曲率半径比值可作为设计常量由设计人员根据需要事先给定,随后分析了曲率半径及比例因子对叶片安放角、叶片包角、相对速度及速度矩等的影响。结果表明,不同曲率半径比值下的叶型参数及流动参数变化范围很大,曲率半径比值较大时,节流损失较大,泵扬程较低,曲率半径比值较小时,脱流损失较大,泵效率较低,存在较优的曲率半径比值区间[1.4,2.4],使叶片安放角平滑变化,泵的综合性能较优,在该优化区间内,取较大的曲率半径比值有利于获得较优的汽蚀性能,比例因子为0时叶片安放角的变化较为平稳,可用于开展离心泵的初步设计。

渐开线型圆柱形叶片

低比转速叶轮内过高的逆压梯度引起叶片表面脱流是这类叶轮水力效率较低的重要原因,为提高低比转速泵的效率,本文作者以力学方法导出了渐开线的两项重要几何特性,这些特性决定了以这种曲线形成的圆柱形叶片将减少叶片脱流可能,改低比转速叶轮善水力性能。

离心泵双圆弧圆柱形叶片的几何方程

介绍了一种离心泵双圆弧圆柱形叶片的几何作图方法。推导了这两段圆弧的直角坐标方程和极坐标方程,该方程以离心泵叶片基本参数(内、外半径、叶片包角及进、出口安放角)为变量。通过计算实例验证了该方法的准确性及相关公式的正确性。探讨了两段圆弧半径、圆弧上各点安放角随作图参数α变化的规律。分析表明:在该参数取60°时,本几何作图法所得到的叶片叶轮有较高的水力效率。该方法不需要根据经验多次调节圆弧的半径,也不需要进行数值迭代计算。

带分流叶片离心式风机叶轮优化设计

针对目前带分流叶片离心式叶轮缺乏全参数优化设计的问题,提出结合试验设计、响应面模型、三维反问题设计和遗传优化算法,对一离心叶轮的叶片载荷分布、分流叶片周向位置、分流叶片前缘轴面流向位置、叶片尾缘倾角以及做功比进行优化,并引入熵产诊断对叶轮内流场进行流动损失分析。研究结果表明:叶片载荷设计参数NC_(s)(s)、SL_(h)(m)和NC_(s)(m)对叶轮效率影响较大,分流叶片的尾缘倾角θ、周向位置PL、做功比WR和前缘流向位置LL均对叶轮的效率具有较大影响,并且其相较叶片载荷设计参数的影响程度更大。在叶轮内,壁面、湍流和脉动熵产损失占主导地位。在设计时,分流叶片宜采用主叶片做功0.5倍,10°倾角,周向位置应靠近主叶片吸力面,流向长度不应太短。

离心法净化工业油雾中叶轮的形状优化设计

叶轮是离心设备中重要的组成部件,提高叶轮的工作效率是工业油雾净化的一个重要目标。为了改善工业生产环境,对离心叶轮的形状优化设计过程进行研究,对叶轮叶片翼型截面形状的设计与性能进行分析。利用CATIA软件建立叶轮的结构几何模型,由MATLAB计算得到叶轮叶片截面形状。计算结果表明,对离心叶轮的优化有效减轻了叶轮叶片工作时的噪音,提高了使用寿命,使升阻比提高了0.8%,净化效率进一步提升。

新型离心叶片设计方法研究

从控制载荷分布的思想出发,以叶片的几何角和半径的关系作为加载规律,提出了加载规律的参数化控制思想,发展了控制叶片加载规律的设计方法,使加载规律的概念更加明确、实施方法更加简单有效。为了研究不同加载规律对叶片性能的影响,首先设计了几种具有代表性的加载规律,对比各种加载规律,结果表明:中间加载规律使得叶片对气流的加功量主要集中在叶片的中部,为叶片的进、出口创造了良好的流动条件,气流比较稳定,流动损失较少,滑移系数较大,保证有足够的压比和较高的效率,抗喘振能力较强,是比较理想的加功方式。

离心叶轮叶型参数化设计研究

基于最大流量设计原则,建立离心叶轮的基本结构与气动参数;采用子午型线设计、叶片中弧线设计和叶片厚度设计方法获得叶轮叶型的三维参数。以Eckardt计,并采用数值计算方法对新叶轮进行三维模拟,通过与原叶轮的性能对比验证了本文参数化设计的有效性。

函数控制加载规律下离心叶轮三维设计方法及数值分析

运用叶片的载荷分布与叶片角β的变化函数dβ/dr,可视化的控制加载规律的方法对离心叶轮回转面的叶片型线进行设计,与采用Bezier曲线构造法设计叶轮子午面轮廓相结合,确定叶轮三维空间坐标。通过对三种加载规律叶轮和单圆弧叶轮的数值模拟,得出函数控制加载规律是叶轮三维设计的可行方法。