抽水蓄能机组水轮机工况启动过程内部流场分析

本文采用CFD数值模拟的方法,模拟计算了抽水蓄能机组在水轮机工况启动过程内部流场特征。得到了在活动导叶开启过程中的速度、压力随时间的瞬态分布规律,讨论了蓄能机组开启过程中外特性的变化曲线。结果表明:活动导叶的开启规律可以大体分为五个阶段。活动导叶的开启规律是先缓慢开启,然后以较快的速度关闭,最后再保持到空载的开度,从第四阶段,导叶再逐渐打开直到额定开度。转轮扭矩和机组流量呈现出先增大后减小的趋势,当导叶逐渐打开时,转轮扭矩和机组流量再逐渐上升。本文为研究蓄能机组水轮机工况下启动过程的内部流动变化提供了参考依据,同时对提高水轮机工况的启动稳定性具有重要意义。

基于DMGIS的地下管线探测系统设计与实现

通过对传统管线探测作业模式与内外业数据处理流程的分析,给出地下管线探测内外业一体化软件系统的设计方案。软件包括基于分布式移动地理信息服务技术的移动端外业数据采集系统和基于AutoCAD平台的内业数据处理系统。通过优化作业流程,实现管线探测外业与内业数据处理的一体化。应用在电力行业线缆工程勘察领域的实例表明,软件可以提高管线探测效率,提升管线成果质量,降低工作复杂度,为管线工程设计、施工提供良好的技术支持。

基于CFD的果园喷雾风筒装置流体分析与试验

针对传统果园风送式喷雾机存在风能利用率低、风场较为分散等问题,开发一种与独立风机直接装配的小型喷雾风筒装置。运用CFD软件对该风筒装置内外流场进行模拟仿真,分析内流场风场云图及距外流场出风口不同距离平面中心区域的风速。结果表明:风筒内流场风速线分布均匀,能很好地产生旋流风,风能损失小;在外流场中,各平面风速分散性较小,出口风速达到17.15 m/s,满足果园喷雾机的风筒出口速度要求。并通过试验平台验证在距离出风口0.6 m处,实际风速为10.48 m/s,与仿真分析结果相比,相对误差为2.58%,且竖直高度上喷幅可达0.650 m,覆盖宽度可达0.669 m,证明所设计的风筒装置在该喷雾距离下能对果树冠层有较好的覆盖性,为进一步设计机架及风筒装置布置方案提供理论支撑。

螺旋桨与进气道内外流一体化仿真研究

工作状态下螺旋桨与进气道之间存在强烈的气动干扰,会对螺旋桨及进气道造成一定影响。为了探究两者之间相互影响的规律,本文利用内外流一体化三维数值仿真方法,对某涡桨发动机开展螺旋桨与进气道匹配仿真研究,重点研究螺旋桨性能与进气道出口截面特性参数之间的相互影响规律,为后续螺旋桨及进气道的设计及优化提供理论支持和基础方法。研究结果表明,本文采用的数值计算方法对螺旋桨性能计算具有较高的可信度,基本符合螺旋桨三维仿真需求;螺旋桨性能参数基本不受螺旋桨与进气道之间气动干扰的影响;螺旋桨与进气道之间气动干扰主要对进气道产生影响:进气道出口截面DC_(60)受来流马赫数、螺旋桨转速以及进气道出口背压共同作用,其随来流马赫数的增大递减、随螺旋桨转速以及进气道出口背压的增大递增。

叶片不同切割形状对离心泵各项性能的影响

离心泵叶片直接影响离心泵的效率与使用寿命,因此,对叶片形状进行研究具有重要意义。对离心泵叶片出口边进行单一切割以改变离心泵性能,在此基础上,对叶片前缘、尾缘进行了双向切割,研究了不同切割形状对离心泵各项性能的影响。首先,以一台n_(s)=73的离心泵作为研究对象,使用UG软件进行了离心泵三维建模与叶片切割(切割出了24种叶片模型);然后,使用ICEM软件划分了网格,选用标准k-ε湍流模型作为计算模型,在离心泵叶片与蜗壳隔舌处设置了监测点;最后,采用ANSYS CFX软件,对无切割和切割后的模型进行了离心泵数值模拟计算,得到了离心泵在0.6Q_(d)~1.4Q_(d)工况下的外特性曲线;在外特性良好的前提下,研究了其内部流动结构、压力脉动特性,以及湍动能分布。研究结果表明:在1.0Q_(d)设计工况下,切割后的模型较无切割模型的效率均提升了4%左右,对称切割的模型中前缘为椭圆、尾缘为钝形的模型7的效率提升最高,提升了4.8%,非对称切割前缘为圆形、尾缘为背面半切割的模型14效率提升了5.4%;无切割模型内部流线紊乱且内部相对速度高的区域较多,非对称切割的模型14叶轮内部流线分布均匀且相对速度值和分布区域减小;相对于无切割模型,切割后的模型内部压力升高,对称切割的模型7压力脉动减小了10%,而非对称切割的模型14压力脉动强度增加了近30%;切割后的模型湍动能分布明显改善,尾缘处湍动能值减小,对称切割的模型7湍动能随时间变化而变化不大,表现更稳定。综合不同切割模型的外特性及稳定性表现可知,将前缘切割为椭圆、尾缘切割为钝形,能有效提升离心泵的性能。

计及进排气效应翼身融合布局机体—动力装置气动干扰研究

高气动效率是翼身融合布局获得竞争优势的关键因素。为有效抑制动力装置对该布局气动效率的不利干扰,需对适用于翼身融合布局的动力装置布置形式进行深入研究。本文采用计算流体力学(CFD)技术和可计及进排气影响的动力短舱模型,对某翼身融合—背撑发动机构型进行了精细内、外流耦合数值模拟,研究了巡航点附近动力装置和翼身融合机体之间的气动干扰特征。研究结果表明,相对于孤立翼身融合体构型,全机构型的翼身融合体部件升力系数大幅降低,阻力显著增大,短舱溢流在机身上形成的高压区是升力系数降低的主要原因;转速增大,发动机对机身边界层抽吸效应增强,翼身融合体部件升力系数降低量明显减小;在低转速状态,短舱无发动机喷流部件的唇口吸力效应较强,转速增大至接近全转速时,吸力效应被抵消,该部件产生阻力。

并联型TBCC推进系统变维度一体化数值模拟方法研究

为了缩短组合动力系统内外流一体化数值仿真时间,加快高超声速飞行器的研制进度,基于商业软件发展了一种飞行器进/排气系统多维仿真与发动机等效一维模型相结合的TBCC推进系统变维度一体化数值仿真方法,其中进/排气系统采用多维数值仿真,涡轮发动机采用部件特性的数学模型,冲压发动机采用准一维数学模型,结合商业软件通过边界条件调用,实现变维度一体化数值仿真。数值仿真对比分析表明:TBCC推进系统等效一维模型模拟结果与GasTurb 10和风洞试验结果变化规律一致吻合较好,误差不大于3.0%;采用变维度数值模拟方法对某TBCC推进系统沿飞行轨迹加速爬升过程的分析表明,进气道总收缩比从2.0增大到5.5,喷管面积比从1.2增大到7.8。涡轮模态时,TBCC喷管出现明显过膨胀现象;冲压模态时,喷管的落压比随马赫数增大从8.3逐渐增大至20.4,过膨胀现象减弱,从而验证了多维与一维耦合数值仿真方法的可行性。

冰箱内部凝露优化改进分析

冰箱内部凝露一般是由于外部高温高湿空气进入箱内后,在冰箱内部低温物体表面产生冷凝的现象,但由于箱内空间流场复杂,难以预测,因此需要借助数值模拟工具,协助产品开发及凝露问题解决。现以我司一款风冷对开门冰箱为研究对象,采用与同类型经过验证的竞品冰箱进行流场仿真对比分析,制定改善方案;通过改善前后方案的流场状况对比,经凝露试验验证,发现凝露形成位置,存在冷风流动不畅,高湿空气无法继续流动而形成凝露。数值模拟相比于以往通过试验对比的方法更快找到问题点并形成了解决方案,同时为冰箱行业提供了冰箱内部凝露分析的新思路。

基于反转双吸泵的液力透平全特性的数值预测

为了研究一种带导叶的双吸泵反转作为液力透平使用时的性能,采用SST k-ω湍流模型,对该双吸泵的性能进行了预测,并对其反转作为液力透平的性能进行研究,对水泵制动工况以及反水泵工况进行预测.通过液力透平全特征曲线分析,该双吸泵额定工况点效率为89.3%,反转为液力透平时,额定工况点效率可达90.5%,且当工作水头大于200 m时,该液力透平具有较宽的工作范围;机组双向运行稳定性均较好,双吸泵不存在驼峰现象,液力透平运行特性曲线中存在明显的"S"特性,运行过程中应尽量避免运行在该"S"区域.通过内流场分析,额定工况下双吸泵和液力透平转轮内部流线规则,无回流和脱流现象;但双吸管与叶轮之间流道狭窄,存在强旋流现象;机组运行在反水泵工况时,转轮内的回流将导致产生失速涡;机组运行在水泵制动区时,转轮内将产生失速.液力透平运行时必须考虑运行工况下的空化现象,避免空化的产生.

轴流泵内部流场的数值模拟

为更深入研究轴流泵并了解其流道内流场特性,结合南水北调东线工程某泵站模型能量试验数据,采用计算流体动力学软件Fluent,在多重参考系坐标下,运用基于壁面律的RNGκ-ε的湍流模型对模型泵进行数值模拟。计算采用交错网格的有限体积法求解三维不可压Navier-Stokes方程,进口压力值选为0。通过计算预测了泵的水力性能,并与模型试验结果进行了比较,结果显示设计工况下数值预测与试验数据值吻合较好,非设计工况下偏差较大。

吸气式高超声速机体/推进一体化飞行器数值和试验研究

发展吸气式高超声速技术是实现可持续高超声速飞行(尤其是在大气层以内)的重要途径。吸气式高超声速飞行器为了获得良好的气动-推进性能,必须采用机体/推进一体化设计。笔者发展了针对一体化飞行器的气动力和推进力的划分体系和计算方法,发展了内外流数值计算软件。研究了机体/推进一体化设计的平头形高超声速飞行器在进气道关闭条件下的气动性能,并进行了试验验证;数值研究了进气道打开和发动机工作条件下一体化飞行器的气动-推进性能;研究了机体和推进系统的不同部件对飞行器气动-推进性能的贡献。

基于FLUENT的外啮合齿轮泵内流场分析

针对外啮合齿轮泵在工程应用过程中噪声过大的缺点,采用流体动力学分析软件FLUENT动网格技术,对某型号外啮合齿轮泵的内部流场进行了模拟分析,得到不同负载压力及转速下的齿轮泵的困油、泄漏及流量脉动情况,并在此基础上对齿轮泵的噪声进行分析,最终提出了齿轮泵合理的工作转速范围。

二冲程汽油机扫气过程多维数值模拟

为揭示二冲程汽油机扫气过程的特点，对倒拖工况下二冲程汽油机的气缸、扫气道和排气道内的流场进行了多维数值模拟．计算结果与实验结果表明，曲轴箱与排气道之间的压差对扫气道的流速有决定性的影响．计算发现，在扫气过程中出现双环涡和滚涡。

集流圈圆弧半径对离心风机叶轮流动特性的影响

为研究集流圈圆弧半径对离心风机叶轮流动特性的影响规律,对后向式离心风机内部流场进行全流道数值模拟研究。首先针对原型离心风机,进行多工况数值模拟及试验测量研究,获取相应的流量-静压性能曲线并进行对比,两组数据吻合良好,误差均在5%以内,验证了本文数值模拟方法的准确性和可靠性。随后对集流圈圆弧半径R做改型处理,其值分别设置成33,34,35(原型),36,37 mm。当集流圈圆弧半径为36,37 mm时,静压分别提升了12.65,5.84 Pa,效率分别提升了4.28%,3.22%,设计工况下R=36 mm时相对于原模型叶轮效率提升了3.67%。进一步分析表明集流圈圆弧半径会影响流体在叶轮中产生的漩涡回流现象,从而改变离心风机的流动特性,这为风机运行效率的提升提供了一个参考方向。

超空泡航行器内外流场仿真及性能分析

提出了由水冲压发动机推进的超空泡航行器简易结构。基于Reynolds平均N-S方程、Mixture多相流模型和完全空化模型,建立了超空泡航行器内外流场仿真模型。基于模型,对不同航速和结构参数下航行器流场进行仿真。分析得到航速、进水管路入口直径和喉径对航行器减阻及摄水性能影响规律,进一步计算得到以一定初速发射的超空泡航行器射程和速度变化规律。

失水事故初期核主泵气液两相流动特性

为研究失水事故下核主泵内气液两相流动情况,本文依据核主泵性能参数、几何结构建立核主泵三维造型,通过使用商业模拟软件ANSYS CFX仿真边界条件、布置密集监测点,从外特性、含气率分布、压力和径向力变化四个方面分析计算结果。分析发现:事故发生后核主泵的效率和轴扭矩总体上单调减小,扬程变化较为复杂,流道内气相聚集与含气率波动规律主要受气体物理特性、流动不稳定性和叶片动静干涉等影响。导叶内压力波动程度与距离动静叶片交界面位置有关,比叶轮内波动更为剧烈。叶轮所受径向力大小总体上不断下降,在叶轮转动一周过程中径向力存在数个极大值,随着事故持续,叶轮转动一圈过程中的数个极大值趋于相等。

叶片倾斜角对油气混输泵性能的影响

以自主研发的YQH-100型三级轴流式油气混输泵为研究对象,基于Mixture模型的两相流理论,改变叶片倾斜角,在含气率(GVF)分别为0、10%、30%、50%和70%情况下,通过计算流体力学的分析方法对油气混输泵内部流动进行数值模拟,研究叶轮内部气相及压力分布情况,并对其外特性曲线进行分析。研究结果显示:在纯水工况下,叶片倾斜对扬程的影响较大,原模型M4的扬程较最差方案M1(叶片倾斜-10°)高8m;方案M3(叶片倾斜-4°)的扬程较原模型低1.4m,效率较原模型高0.14个百分点;在小流量工况下,原模型的效率较高;在不同含气率工况下,方案M3(叶片倾斜-4°)的增压比原模型低14kPa,效率较原模型高0.22个百分点;叶片适当倾斜一定的角度,可有效减小气团在叶片工作面轮毂侧的聚集面积,使混输泵内部气液两相均匀混合,提高混输泵效率;轴流式油气混输泵的最佳叶片倾斜角范围为-4°~0°。本研究可为油气混输泵的设计及水力优化提供参考依据。

喷管在飞发一体化设计中的作用

随着飞发一体化设计技术的发展,飞机和发动机由相互独立逐步走向相互融合,喷管作为飞发一体化设计的重要部件,作用也变得更加重要。本文主要分析了喷管在不同飞发一体化设计技术发展阶段所发挥的作用,介绍了不同发展阶段喷管设计应着重考虑的问题。研究表明:在飞发独立设计阶段,喷管作为发动机的部件几乎不对飞机设计产生影响;在飞发联合设计阶段,喷管在飞发一体化设计中的作用明显增加,需考虑内外流一体化设计问题;在飞发综合设计阶段,推力矢量技术和隐身技术的应用使喷管的重要性更加凸显,具有隐身能力的矢量喷管成为此阶段飞机的典型特征;进入飞发融合设计阶段后,不论是下一代战斗机还是高超声速飞机,喷管都将成为飞机后机身的组成部分,将飞机和发动机融为一体。

基于数值计算方法的储罐内爆辐射区域影响研究

以5 000m^3立式拱顶储罐为研究对象,建立了储罐内外流场三维有限元模型,在考虑储罐壁面传热的前提下,采用组分概率密度运输燃烧模型对储罐内爆过程进行数值模拟分析,计算不同工况内爆载荷作用下的辐射半径。结果表明:空罐中心起爆时,爆炸压力波辐射距离为55m,相比靠近罐壁一侧起爆时的辐射距离减少10%;爆炸压力波辐射距离随液位的升高逐渐缩短,满灌、半罐液位相比空罐爆炸压力波辐射距离依次缩短37%、17%;在空罐中心起爆时,正向爆炸压力波传播距离相比侧向辐射的更远、更危险,辐射传播距离增加20%。

不同工况下喷水推进泵内流性能研究

为研究不同工况下喷水推进泵的内流性能,以轴流式喷水推进泵为研究对象,运用Ansys18.2流体计算软件模拟了不同转速和不同航速下喷水推进泵内的内流场,分析了喷水推进泵的转速和航速变化对其能量特性和内部流动的影响。数值计算结果表明:喷水推进泵的推力与航速呈负相关,与转速呈正相关;随着船舶航速的增大,喷水推进泵进水流道内的流速逐渐增大,叶轮进口速度的高速区面积有所增大,导叶出口速度分布的周期性逐渐减弱;随着转速的增加,叶轮进口处更容易发生空化,导叶出口压力上升,速度增大;喷水推进泵进水流道的唇部区域存在小范围的高压区,且航速越高,转速越低,该区域面积越大。