下铸过程中注管旋流定子对流场及气泡行为的影响

提出了在下铸过程中注管内安装旋流定子产生流体旋流的方法,以此控制浇道流场状态及铸模内驼峰高度.利用水模型实验研究了中注管内定子的放置位置、扭转角度及厚度对流场和气泡行为的影响.结果表明:在中注管内放置旋流螺旋定子能产生流体旋流,并且合适的放置位置能让中注管内气液交界面最高;螺旋定子扭转角度和厚度的增大均会使流体旋流增强,气泡更容易向中注管中心聚集并上浮,气液交界面的最大深度比无螺旋定子时分别降低46.3%和43.3%,同时铸模内的驼峰高度也减小.

预旋进气位置对转静盘腔换热影响的数值研究

对具有不同预旋进气位置的转静盘腔内的换热进行了数值模拟.在进气流量恒定的条件下,改变预旋孔在静盘上的径向位置,研究了旋转雷诺数、预旋角、转静盘间距等参数对进出口气流的无量纲总温降和转盘换热效果的影响.研究表明:旋转雷诺数的增大和转静盘间距的减小都能够增强气流对转盘的换热效果;当预旋孔的径向位置增大时,无量纲总温降和转盘表面的平均努塞尔数都是先增大后减小,预旋孔存在一个最优的径向位置.

定子参数变化对前置定子导管桨性能的影响

采用RNG(Re-Normalisation Group)k-ε两方程模型对前置定子导管桨湍流特性进行数值模拟,并分析其水动力性能.通过与试验结果和势流理论结果的对比,验证了黏流理论预报结果的准确性和有效性.对不同定子安装角、不同定子翼型切面厚度以及不同定子叶片数目的前置定子导管桨敞水性能进行黏流理论预报,并分析了这些几何参数对前置定子导管桨性能的影响规律.

高位预旋进气转静盘腔换热实验

将某型发动机的涡轮盘腔结构简化成高位预旋进气的转静盘腔模型,结合热色液晶先进测温显示技术,通过实验的方法研究了转静盘间距、进气流量、旋转雷诺数以及旋流比等参数的变化对冷气降温效果和转盘换热效果的影响.实验结果表明:高位预旋进气对转盘外缘的冷却效果较好,转盘上的温度分布呈现为同心圆形状;随着旋转雷诺数和转静盘间距的增大或者进气流量的减小,冷气的总温降减小,气流对转盘的换热效果变差.

前置定子导管桨非定常干扰力的理论分析与数值模拟

文章首先对前置定子导管桨非定常干扰力进行了理论分析,给出了桨叶、定子及导管非定常干扰力脉动频率的计算公式。然后,采用RANS方法对带前置定子导管桨的非定常干扰力进行了数值模拟。理论分析表明:带定子导管桨水动力(矩)的脉动频率以转子叶频为基频,轴向力(矩)与横(垂)向力(矩)的脉动频率不会同时出现;轴向力(矩)的脉动频率一般较高,横(垂)向力(矩)可能存在相当低的脉动频率。CFD模拟结果表明:水动力脉动频率与理论值一致;轴向力最大脉动幅值并不在最低脉动频率处;转子横向力脉动主要由低频贡献,而定子及导管的横向力脉动则包含了较丰富的频率成分。

前置定子叶片周向弯曲对导管桨非定常特性的影响

采用数值计算方法研究了均匀来流下定子叶片周向弯曲对前置定子导管桨非定常特性的影响。首先通过对比计算结果和试验结果,验证了数值计算方法的可靠性。再采用该方法对不同型式的定子周向弯曲开展了非定常力分析。计算结果表明,定子弯曲对效率影响不大,但是对非定常特性影响明显。转子推力脉动峰值频率为叶频及其倍频,定子周向弯曲后转子推力脉动幅值均减小,后弯10°时转子推力脉动幅值降低46%。

带前置定子导管桨非定常力特性计算分析

本文采用数值求解RANS方程的方法对带前置定子导管桨进行了数值模拟,计算了非均匀来流下带前置定子导管桨的非定常力,研究了来流周期数和转定子叶数对带前置定子导管桨转子非定常力的影响规律。结果表明:转子的非定常力主要由转子的进流决定;转子的进流同时受到非均匀来流和定子叶片数的影响;高周期数的非均匀来流诱导的非定常侧向力幅度要小于相同脉动幅度的低周期数的非均匀来流诱导的非定常侧向力幅度;转定子叶数要适配以减小转子的非定常力。本文的研究结果可为低激振导管桨设计及其非定常力特性分析提供基础。

船舶艉流场受预旋定子影响试验研究

为探究船舶艉流场流动机理以及节能附体节能机理,本文以某散货船缩比模型为研究对象,在哈尔滨工程大学船模拖曳水池大型利用粒子图像测速系统开展艉流场测量试验。首先对有/无前置预旋定子的艉部伴流场分别进行了三向伴流测量试验,展现出前置预旋定子周围的流动结构,对比有/无前置预旋定子的艉流场轴向速度分布、周向速度分布、旋涡分布并提取不同半径处的轴向速度,阐述了前置预旋定子对艉流场的影响及其节能机理。研究表明:预旋定子能够在桨前产生与桨旋向方向相反的预旋流,定子中下方叶片对流场分布的影响较大,造成附近速度峰值角度偏移、峰值增加,桨盘面流体的进流速度增加,从而改善伴流条件,提升推进性能。

高旋转雷诺数下预旋进气转-静盘腔流动换热特性

运用RNG k-ε湍流模型对高旋转雷诺数和预旋进口速度下,静盘外缘预旋进气、转盘外缘轴向出流模型的流动和换热过程进行了三维数值模拟,主要研究了冷气流量Cw、旋转雷诺数R ee等参数对转盘对流换热系数和出流口温度分布的影响,并与垂直进气方式进行了对比。研究表明:预旋进气方式与垂直进气相比可降低涡轮叶片冷气入口总温;冷气流量增大以及旋转雷诺数增大均使得转盘平均换热增强;涡轮叶片入口温度随冷气流量增大而降低,随着旋转雷诺数的增大先升高后降低。

低位预旋进气转静系盘腔流动特性研究

采用实验和数值模拟的方法对低位预旋进气转静系盘腔的流动特性进行研究,考察了流量与动盘转速变化对腔室内流动的影响,结果表明腔内径向静压差随流量增大而增大,随转速升高而增大;引入腔内有效角动量的概念,用角动量系数表征其与盘腔入口角动量之比,通过分析来流角动量与盘面转矩的相对大小,推导得到影响角动量系数的两个主要无量纲参数为修正的湍流流动参数与预旋来流雷诺数;对于给定结构形式的预旋系统,当改变转速时,角动量系数随修正湍流流动参数增大而减小,当修正的湍流流动参数大于0.0646时,角动量系数变化缓慢,腔内有效角动量约为入口角动量的70%~90%;当改变来流速度时,角动量系数随修正湍流流动参数增大呈现先减小后增大的变化趋势.

前置预旋定子的剖面设计

分析前置预旋定子叶剖面阻力特性,提出一种新型的叶剖面设计方法,基于CFD数值计算,给出叶剖面翼型的水动力性能图谱,以一艘常规散货船为目标开展基于新型叶剖面的前置预旋定子方案设计。船模试验证实设计方案的可行性。

机械式泵喷与IMP推进器的水力性能对比

针对机械式泵喷与集成电机推进器(IMP)泵喷存在的区别,运用计算流体力学方法预报了前置定子泵喷推进器在设计转速时的敞水性能,并在原机械式泵喷基础上修改为IMP泵喷预报其敞水性能,成功捕捉到IMP泵喷电机定转子之间气隙内逆向流动现象。对比分析两种泵喷相同转速不同进速下的水力性能,主尺度相同的IMP泵喷效率比常规泵喷效率降低约5%;消耗功率比常规泵喷有所增加且增大幅值随进速增大而增大;产生推力比常规泵喷小且减小幅值随进速增加而减小。研究结论为新型推进器的选择设计提供参考。

三旋单管防返混技术研究

返混是影响第三级旋风分离器分离效率的主要因素之一。三旋单管在排尘口存在返混现象的根本原因是旋风分离单管内部存在的强旋涡从排尘口深入到灰斗 (集尘器 )内 ,并在排尘口中心位置形成低压区。该旋涡把排尘口和灰斗中的粉尘重新旋起 ,使之随气流由排尘口中心的低压区再次进入单管内部 ,造成分离效率下降。在 VAS型的三旋分离单管排尘口处加装止旋器制止出口处的旋涡 ,消除低压区 ,从根本上解决返混问题。

预旋进气小尺寸涡轮叶片冷却的流场研究

为了了解和掌握一种具有直通式冷气预旋进气系统的小型燃气轮机涡轮转子叶片的流场,在旋转雷诺数Reθ=4.66×106和冷却空气的无量纲质量流量Cw=1750时改变预旋角θ的大小,使其在15°～90°变化,通过数值研究得到了预旋角对涡轮盘腔、连管和涡轮叶片内冷却空气的流动以及叶栅通道中燃气的流动的影响。结果表明:(1)预旋角的变化会改变涡轮盘腔、连管和涡轮叶片冷气进口附近局部区域的流场,但是对涡轮叶片内其它区域和叶栅通道中的流动基本没有影响。(2)随着预旋角的增大,涡轮盘腔内预旋进气冷气射流的轴向穿透深度先增大后减小;当θ<45°时冷却空气沿外围屏流向转盘接收孔,而当θ>45°时冷却空气沿内围屏流向转盘接收孔;气流的周向速度随着预旋角的增大而减小。(3)垂直进气时连管内存在多个回流区和很大的涡流,流动损失较大,而采用预旋进气能够减弱或消除这些流动结构,存在最优预旋角θopt,θopt≈45°,此时连管的有效流通面积最大。

前置预旋导管内定子周向布置形式的数值研究

采用数值模拟的方法对前置预旋导管内定子的周向布置形式进行了研究分析。通过计算单个定子不同来流攻角,两个定子不同夹角及考虑螺旋桨抽吸作用下的多种工况,得到了导管内单个定子的周向影响范围,并分析了来流攻角对定子切向预旋作用的影响;给出了导管内布置两个定子时的最佳几何夹角。此外,还分析了螺旋桨的抽吸作用对定子预旋效果的影响。

带盖板预旋系统的流动实验

通过低转速的模拟实验对涡轮盘腔的带盖板预旋系统的流动特性进行了研究。在不同的紊流参数(0.5<λT<0.96)和旋转比(1.03<βp<1.9)下测量了预旋腔和盖板腔内的压力与速度分布,得到了两个腔内的旋转比变化情况,并分析了旋转雷诺数和进出口压比对预旋喷嘴流量系数的影响。实验结果表明:在两个腔内离心升压效应明显,预旋喷嘴出口气流对预旋腔内的气流压力和速度的影响要远大于接收孔出口气流对盖板腔的影响,压比和旋转雷诺数对喷嘴流量系数有较小的影响。

聚氧聚氮耦联漩流强化燃烧设计方案研究

为了充分利用大气氧氮资源,进一步提高燃料的燃烧效率,提出一种"转匣式惯性离心聚氧聚氮耦联漩流强化燃烧"技术。论述了富氧燃烧、漩流燃烧及耦合强化燃烧的原理;介绍了聚氧聚氮耦联漩流燃烧设备的结构特点;分析了转匣式惯性离心聚氧聚氮与漩流强化燃烧耦联设计方案的合理性、先进性、灵活性。该耦联漩流强化燃烧装置是一项具有较高科技含量的综合性技术,实现了磁场聚氧和离心聚氧的复合、轴流式和离心式压气机的复合、富氧燃烧和漩流燃烧的复合、氮膜冷却和气膜冷却高温涡轮叶片的复合,是高效、节能、环保的新型能源应用技术。

不同螺栓数目的预旋系统流动特性数值模拟

采用标准k-ε两方程模型对静盘和转盘带有不同螺栓数目的转-静盘腔内的气动热力问题进行了数值模拟研究。在转静盘腔结构中,静盘和转盘的螺栓数目相同。由于盘腔流动结构具有周向周期性,取盘腔的1/24作为计算域。研究发现:旋转雷诺数、预旋角、静盘和转盘所带的不同的螺栓数都不同程度地影响盘腔内的流动和预旋系统的温降效果。静盘和转盘所带的螺栓所产生的搅拌作用改变了预旋系统的压降,对腔体内的气流流动和预旋系统的温降效果有较大的影响。

网格变形控制技术在带前置定子导管桨水动力优化设计中的应用

应用网格变形控制技术,对带前置定子导管桨进行了转动叶片水动力外形的优化设计研究,优化方案的敞水效率较原始方案提高了2%,并能显著减弱叶梢流动的分离现象。优化结果表明,基于网格变形控制技术的网格重构方法能在保证网格相似性的条件下,解决多方案网格自动生成的难题,便于进行组合式推进器的水动力性能优化设计。

转动和旋流对压气机级间封严影响的数值研究

对压气机级间封严篦齿进行了流场数值模拟。基于文献实验数据,进行了湍流模型的验证。在稳态条件下获得了带有进出口旋转盘腔的篦齿泄漏特性、风阻温升特性和旋流特性,对比了系统特性和篦齿特性。研究了转速(3~12kr/min)和进口旋转比(0~0.4)对级间篦齿密封的流量系数、风阻温升和出口旋转比的影响。结果表明随着转速的增大,流量系数减小,风阻温升和出口旋转比增大;随着进口旋转比的增大,流量系数和风阻温升减小,出口旋转比增大。