直升机整体式惯性粒子分离器研究现状

整体式惯性粒子分离器是一种直升机进气防护装置,其性能优异、应用广泛,对于保护直升机发动机、延长其使用寿命具有重要意义。本文从4个方面对整体式惯性粒子分离器的研究现状进行归纳总结,包括:总结了现有直升机进气防护装置的类型及相关气动参数,梳理了整体式惯性粒子分离器现有的研究方法及取得的相关成果,分析了影响整体式惯性粒子分离器工作性能的因素,并展望了整体式惯性粒子分离器未来的发展方向。研究成果可为今后开展整体式惯性粒子分离器研究及优化设计提供一定参考。

侧式进/出水口水头损失系数多元线性回归分析

进/出水口水头损失是抽水蓄能电站输水系统水头损失的重要组成部分,准确计算水头损失是评估电站运行经济效益的重要需求。本文通过数值模拟方法研究了14个实际侧式进/出水口的水头损失系数;利用多元线性回归方法,建立了基于侧式进/出水口体型参数计算水头损失系数的回归方程,分析了侧式进/出水口体型参数对其水头损失系数的影响规律。结果表明:侧式进/出水口体型参数对水头损失系数的影响程度,对出流工况较显著,而对进流工况不显著;出流工况,侧式进/出水口体型参数对水头损失系数的相关性,扩散段长度、扩散段分流墩中墩缩进距离、水平扩散角、垂向扩散角、分流墩墩头中边孔宽度比和反坡段坡比为正相关,调整段长度和防涡梁段长度为负相关;利用回归方程得到的水头损失系数与数值模拟方法的结果吻合较好。本文建立的回归方程为计算侧式进/出水口水头损失系数提供了新方法。

不同进水方式对大型水体储热效率的影响

目的针对大型水体跨季节储热时间不匹配问题,分析不同进水方式对储热效率的影响,减少储热过程中的热量损失。方法利用CFD数值模拟软件建立水体储热的分析模型,研究水体储热过程中的热交换规律,以及单双进水口、水平间距、动态进水、流速等因素对水体储热效果的影响。结果进水总流量越小,内部水体温度分层越好;在相同的储热时间内,双进水口方式效率最佳,水体内部平均温度至少比单一进水和动态进水高出16.83%,储热效率分别提高了9.89%和16.14%;相比单一进水口,双进水口方式火用损失降低了21.97%;进水管之间距离越小,水体储热效率越高。结论进水方式对水体储热效率影响至关重要,进水管道越靠近中轴线,采用小流量、双开口的进水形式储热效率越好。

表面微沟槽对压气机叶栅气动性能的影响

为减小叶型损失,在压气机叶栅叶片表面布置沿流向的对称V形微沟槽,采用数值模拟方法研究了沟槽宽度和顶角、沟槽间隔、沟槽覆盖范围、进口湍流度以及来流马赫数对叶栅气动性能的影响。结果表明,总压损失降低主要由吸力面沟槽产生,合理匹配沟槽几何参数、覆盖范围以及来流条件,可实现较优的减损效果。对吸力面局部带沟槽结构,相同冲角下无间隔沟槽的减损效果优于有间隔沟槽的减损效果,当无间隔沟槽顶角度为60°时减损效果最优;相同沟槽结构的减损效果与冲角相关。来流湍流度增加使得相同冲角下光滑叶片和带沟槽叶片的总压损失增大,相同沟槽结构在同一冲角下的减损效果及最优减损效果对应的冲角受来流湍流度影响。冲角不变时相同沟槽结构的减损效果随来流马赫数增大整体呈下降趋势,最佳减损效果对应的无量纲沟槽宽度和具有减损效果的无量纲沟槽宽度范围不同。当保持沟槽无量纲宽度不变和沟槽其它参数不变时,不同来流马赫数条件下的最佳减损效果及其对应的冲角不同,较低来流马赫数条件下最佳减损效果更突出。微沟槽能够减小壁面平均剪切应力和湍动能,降低湍流边界层损失,同时能够推迟边界层流动分离,使得叶型损失降低。

基于投影寻踪回归方法的微压过滤冲洗池水头损失与过滤效率预测模型

以微压过滤冲洗池的水头损失与过滤效率为考核指标,考虑进水流量、矿化度、含沙量与滤网孔径4个因素进行正交试验设计,采用投影寻踪回归方法PPR分析各个因素对考核指标的影响权重,选取20组试验数据建立含沙微咸水条件下微压过滤冲洗池水头损失和过滤效率的预测模型,探究了含沙微咸水对微压过滤冲洗池的水头损失和过滤效率的影响。研究结果表明,影响微压过滤冲洗池水头损失的因素由大到小依次为进水流量、含沙量、矿化度、滤网孔径;影响过滤效率的因素由大到小依次为含沙量、进水流量、矿化度、滤网孔径;构建的PPR预测模型的预测精度整体合格率达100%;当进水流量为6~7 m^(3)/h、含沙量为0.5~1.0 g/L、矿化度为0~2.0 g/L及滤网孔径为0.125~0.180 mm时,水头损失存在最小值;当进水流量为9~10 m^(3)/h、含沙量为1.75~2.00 g/L、矿化度为0~3.0 g/L及滤网孔径为0.125~0.150 mm时,过滤效率存在最大值。物理模型的试验结果可为微压过滤冲洗池的实际应用提供研究基础。

重型燃气轮机侧向进气蜗壳参数化设计方法研究

重型燃气轮机侧向进气蜗壳会带来额外进气损失并产生进气畸变,这将会影响压气机的效率和稳定性,进而影响整机效率。目前侧向进气蜗壳的设计仍以经验设计为基础,并未形成系统化的侧向进气蜗壳参数化设计方法,尚无各关键无量纲参数的推荐取值范围。该文基于传统的蜗壳设计理论,针对侧向进气道蜗壳进行简化设计,并通过数值模拟方法研究其内部流动机理,明确进气蜗壳内的流动损失主要来自导流锥两侧的剪切涡、支板绕流涡和收缩段边界层。在此基础上,提出一种参数化设计方法,研究几何结构对进气蜗壳总压损失和出口气流不均匀性的影响。结果表明,收缩段入口直径、锥底直径和锥角对进气蜗壳气动性能影响较大。最后,该文给出各设计参数的推荐取值范围,可为未来高性能侧向进气蜗壳设计准则制定提供基础。

超声速进气道出口弯段的阻力特性数值研究

推阻匹配设计是吸气式飞行器设计的核心问题,为了获取进气道的阻力特性并降低内流阻力,提高吸气式飞行器的总体性能,采用数值方法对超声速双侧布局进气道的冷流阻力特性开展研究,对比分析了不同转弯长度、转弯角度、扩张比下的弯段流态和阻力特性;获得了进气道内阻的分配比例及关键几何参数对弯段流场结构和进气道内阻的影响特性。结果表明:对于双侧布局的进气道,冷流条件下弯段内容易发生流动分离,存在较大的流动损失,在不产生溢流的情况下,弯段内阻占整个进气道内阻的大部分。分析发现,减小转弯角度或增加弯段扩张比均可降低进气道弯段内阻,而转弯长度与转弯半径相互影响,在给定的设计条件下,弯段内阻随转弯长度的增加先减小后增大。

储能空气透平低压进气结构优化设计

本文对某储能空气透平低压进气结构进行了优化设计,包括在进气管道与进气腔室衔接处增加过渡倒圆、采用变截面腔室、腔室底部增加平直段和导流锥三种方式,数值分析结果显示:相对于原始方案,优化后进气结构内的局部流速明显降低,流线分布更加均匀,因此壁面熵显著减小,最终导致压损大幅降低,仅为原始方案的53.1%;此外,进气结构出口马赫数和气流角分布也更加均匀,导致首级叶片效率提升约3.3%;对比来看,增加过渡倒圆结构收益最大,采用变截面腔室、底部增加平直段和导流锥也有一定的收益。

流体滑环压损理论计算与仿真分析

为研究流体滑环旋转传输过程中的流道压损,对流体滑环旋转传输局部压损进行简化分析,提出流体滑环压损理论估算方法,并基于Comsol软件对流体滑环进行数值分析,研究不同流体出入口夹角及环形流道宽度对流道压损的影响规律。结果表明:流体压损理论计算相对数值仿真、试验测试结果误差在20%以内,所提出的理论计算方法可指导流体滑环压损快速评估;流体滑环压损随流体出入口夹角增加呈现先增大、后逐步减小的趋势,当流体出入口夹角为30°时,流体滑环压损最大;流体滑环压损随流道宽度系数的增加逐渐减小,当宽度系数增加至一定值时,流道压损减损效果减弱,最佳流道宽度为等截面设计宽度的0.8~1.2倍。

低速大迎角进气道流场测试风洞试验研究

为满足某型飞机低速大迎角飞行试验进气道测试需求,研制集稳态总压、动态总压、稳态静压于一体的复合式进气道流场测量耙,为了分析评估不同形式测量耙探针的参数测量准确性,进行全尺寸的测量耙风洞试验,对试验数据进行分析,研究测量耙不同探针总压损失的角度特性和速度特性,为后续测量耙探针选型提供支持。

Study of Structural Parameters of the Inlet of Downhole Hydrocyclones

Three different inlets of hydrocyclone are studied in combination with the construction of a dowrahole system and hydrocyclone. By comparing the relationship between the inlet structure ＆ dimensional parameter of hydrocyclone and separation efficiency ＆ pressure loss, the highest efficiency is obtained from the inlet of an involute curve with increasing depth-width ratio from the three types, in which the separation efficiency and pressure loss all drops slowly, for the length of the channel decreases, while it drops rapidly in the other two. The flow guiding ability of the inlet affects the separation efficiency greatly, so the corresponding involute type of inlet of hydrocyclone fits for downhole oil-water separation is optimized, which serves as a basis for the structural design of downhole hydrocyclone.

The Numerical Simulation of Gas Turbine Inlet-Volute Flow Field

The structural and aerodynamic performance of the air inlet volute has an important influence on the performance of the gas turbine. On one hand, it requires the airflow flowing through inlet volute as even as possible, in order to reduce the pressure loss, to avoid a decrease in the effective output power and an increase of the fuel consumption rate of the internal combustion engine which indicate the inefficiency of the entire power unit;On the other hand, it requires the size of the inlet volute to be as small as possible in order to save mounting space and production costs. The thesis builds the structure model and develops flow fields numerical simulation of several different sizes of the inlet volutes. Further, the unreasonable aerodynamic structure is improved according to the flow field characteristics and thereby, a better aerodynamic performance of the inlet volute is obtained.

拦污栅结构对进出水口水力特性影响试验研究

对于进出水口水力特性研究,尤其是物理模型试验,由于拦污栅栅条细、间隔近,模型模拟困难,因此一般不模拟拦污栅结构本身。为探究双向流动条件下拦污栅结构对进出水口水力特性的影响,本文建立了大尺度进出水口试验装置,开展模拟拦污栅结构(有栅)和不模拟拦污栅结构(无栅)的进出水口水力特性试验研究。结果表明:拦污栅结构使断面时均流速分布均匀化,出流工况有栅的流速不均匀系数比无栅的改善了7.1%,进流工况有栅的流速不均匀系数与无栅的基本相同;拦污栅结构对水流的扰动使流速脉动剧烈,紊动强度增大,出流工况和进流工况有栅的平均紊动强度比无栅的分别增大了49.0%和38.5%;拦污栅结构对进出水口流量分配基本无影响;拦污栅结构使进出水口水头损失有所增大,出流工况和进流工况有栅的进出水口水头损失系数比无栅的分别增大了6.3%和7.2%。有栅和无栅的进出水口水力指标,除紊动强度差别较大外,其余差别不大,因此研究进出水口水力特性时不模拟拦污栅结构的结果基本能反映进出水口的水力学特性。研究成果可为进出水口及拦污栅设计提供参考。

进口附面层对串列叶栅气动性能的影响研究

为探究进口附面层对串列叶栅气动性能的影响,以高亚声速压气机常规叶栅及其改型串列叶栅为研究对象,基于数值方法对比分析了不同进口附面层厚度对两叶栅的总体性能及三维角区分离的影响。结果表明:随着进口附面层厚度增加,原型叶栅三维角区分离范围沿展向逐渐增大,而串列叶栅三维角区分离范围的增加主要体现在周向。由于进口附面层的存在,串列叶栅前后叶片之间的缝隙射流与近端壁低能流体的相互作用所产生的通道涡、诱导涡及角涡是总压损失增大的主要原因。串列叶栅与原型叶栅相比能有效降低总压损失和提高静压升,然而附面层厚度的增加会减小这一优势;进口附面层厚度相对叶高的比值为0%,5%,12.5%时,串列叶栅的出口总压损失系数较原型叶栅分别降低11.1%,5.5%和4.1%,静压升系数分别提高7.4%,6.5%和6.4%。

进气道/发动机一体化多变量控制方法研究

针对亚声速情况下飞机机动飞行过程中大攻角状态下进气道和发动机之间流量难以匹配而导致推进系统推力损失较大的问题,提出了一种进气道/发动机一体化多变量控制方法。基于进气道/发动机一体化模型推导出了带有辅助进气门的进气道/发动机共同工作方程,并分析了共同工作原理,选用进气道和发动机的共同工作点位置作为进气道反馈量,增广到状态量中以保证进气道和发动机流量匹配。为了抑制攻角等因素引起的推力瞬间损失,在控制回路中加入了进气道限制保护环节修正控制指令,基于H_(2)/H_(∞)算法设计了进气道/发动机多变量控制器。在发动机非线性部件级模型上开展了全数字仿真验证,仿真结果表明,与常规的进气道开环控制结构相比,所提出的进气道/发动机一体化多变量控制具有良好的动态性能,并且在攻角变化情况下推力损失更小。

泗阳二站进水流道优化设计

针对泗阳二站的现状和加固改造需求,保留目前泵站的站身、肘形进水流道和立式轴流泵,对进出水流道进行优化设计,给出优化设计指标和优化目标。对现状进水流道的水泵进行进水条件分析和水力损失计算,然后对肘形进水流道进行优化设计,优化设计方案进水条件和水力损失比较,根据CFD分析结果,泗阳二站在加固改造中宜采用进口宽度为7100 mm优化设计的肘形进水流道,为水泵提供良好的进水条件,减小水力损失,提高水泵装置效率。

粗糙交叉裂隙渗流行为模拟研究

以分形维数与交叉角度一定的复杂交叉裂隙体模型为核心研究对象,采用MATLAB与CAD平台建立了分形维数D=1.1、交叉角度θ=90°的交叉裂隙体模型,基于COMSOL软件模拟了不同水头比工况下交叉裂隙的渗流行为规律并对其进行定量表征,探讨了不同水头比对交叉裂隙流量、雷诺数、欧拉数、流线等定量指标的影响规律。结果表明:随着水头比增大,两侧分支裂隙渗流能力同步增加,总渗流量增大。水头增大侧分支裂隙的出流量始终比另一侧分支裂隙出流量略大,且随水头比增大二者出流量差值增大;随着水头比的增大,两分支裂隙的雷诺数一同增大,水头增大侧的雷诺数略大于另一侧,更快进入湍流阶段;水头增大侧分支裂隙欧拉数始终较高,而另一侧的欧拉数随着水头比增大而减小,说明水头比的增大会强化水头较大一侧对另一侧的动量补充;随着水头比的增大,水头较大一侧对另一侧的分流量增大,不会发生明显的混流。

天然气净化厂差压发电装置的应用

目的天然气在运输过程中,为满足下游压力条件,需进一步调压,若能将这部分压力进行有效回收利用,对提高经济效益与减少环境污染具有重要意义。方法基于中国石油西南油气田公司差压发电项目,详细介绍引进分厂差压发电工艺流程,在此基础上优化设备选型,并通过数据对比,分析差压发电系统的性能变化。结果判定得到产品气进口温度、进出口压力比以及透平膨胀机内损失为主要影响参数;通过增设预热器以适当提高产品气进口温度和进出口压力比、及时更换关键零部件等操作,可有效提高发电效率。结论不仅为天然气差压发电性能优化及关键设备选型提供了方向,在开创天然气净化行业差压发电新领域的同时,也为后续研究提供理论和实践基础。

废弃矿井地热资源再开发与循环利用技术

在废弃矿井地热资源供热利用中,针对水损失会影响循环换热系统换热效果的问题,提出一种地热资源再开发与循环利用技术。首先,分析地层渗透率、储层平均渗透率和地温梯度在循环换热系统水损失中的影响,根据分析结果优化循环换热系统;然后,优化单井同轴套管闭式循环换热系统,设计双层保温管结构缓解水损失情况,并对固井水泥成分加以研究,确定最优成分占比范围。在河北省的某处废弃矿井开展实验,经验证可知,优化后的循环换热系统在进出口温度方面得到了优化,提高了对废弃矿井地热资源的开发利用效果。

中山市横栏镇九顷泵站进出水流道CFD优化分析设计

本文对排涝泵站的流道水力损失、水泵装置效率进行研究,研究主要集中于进、出水流道型式和设计参数影响的问题。根据原型泵主要设计参数,通过CFD技术建立数学模型,得到泵站内任意位置的流动细节如速度、压力、能量损失、压力脉动、湍动量和漩涡等,从而进行水泵装置的特性预测及性能优化。研究结果表明,九顷泵站优化设计的进、出水流道水流速度分布均匀,内部流态较为平稳,流道水力损失较小,可满足水泵高效运行的要求。进、出水流道布置型式及尺寸可供相近参数的立式轴流泵泵站工程设计参考。