涡轮叶片多排气膜叠加特性及机理分析

实际涡轮叶片的气膜孔由于强度要求,需要保证有限的开孔率。为探究在涡轮叶片上相同开孔率条件下,不同气膜孔排布方式下的气膜冷却效率及叠加特性,研究了单排、三排、五排圆柱孔和扇形孔在不同吹风比下的气膜冷却效率分布及气膜叠加与掺混机理。研究发现:孔形是影响气膜叠加预测准确性的重要几何因素,扇形孔叠加预测的准确性明显高于圆柱孔。肾形涡的强度是两者差异的主要原因。吹风比和孔排数也会显著影响到叠加预测模型的准确性。吹风比的增大会引起预测误差逐渐增大。吹风比决定了冷却射流的动量并影响了气膜掺混强度,这就造成了叠加预测误差随孔排数的增多逐渐增大这一现象。气膜射流吹飞会造成叠加预测误差显著增大。

冷气流量比对三维涡轮导叶全气膜冷却效率的影响

为了研究不同主流湍流度下冷气质量流量比对三维涡轮导叶全气膜冷却特性的影响,使用热色液晶测量了在主流湍流度为1%和15%,流量比为5.5%、8.4%和12.5%下三维涡轮导叶的全气膜冷却效率分布。结果表明:在不同的叶片区域和主流湍流度下,流量比对气膜冷却特性的影响规律也有所不同;在低主流湍流度下,冷却效率整体上随着流量比的增大而升高,但是在叶片的叶尖和吸力面中截面区域冷却效率在大流量比下降低,且叶片吸力面中弦区域的冷气呈波纹状分布;高主流湍流度使冷气射流与主流之间的掺混更加剧烈,可以抑制吸力面的冷气脱离壁面且使其分布更加均匀,冷却效率随流量比增大而升高。

导叶对无轴泵喷推进性能及叶片空化效应的影响

【目的】由于无轴泵喷推进器在高转速下叶片会产生空化效应,为减少空化效应,需要对导流叶的安装方式及旋向进行研究。【方法】通过CFD软件对不同导流叶安装方案进行数值计算,获得无轴泵喷推进器整体的推力与叶片空化情况,找到合适的安装结构。【结果】在无导流叶的方案中,其推进性能更好,但叶片上的空化面积也是最大的;在有导流叶的方案中,后置与旋转叶片旋向相同的导流叶方案推进效果最好,相对无导流叶方案空化面积减小14.7%。【结论】研究结果可为导流叶的安装方式及减小空化效应提供参考。

进口旋流方向对涡轮导叶全气膜冷却效率影响的数值研究

为了获取旋流条件下涡轮导叶的气膜冷却特性,采用数值模拟的方法分析了逆时针和顺时针旋流对燃气涡轮一级导叶全气膜冷却效率的影响,分别总结了导叶前缘、压力面和吸力面冷却效率的变化规律。结果表明:进口旋流方向对涡轮导叶气膜冷却效率有明显影响,且不同区域的冷却效率受旋流方向的影响规律不同;叶片表面冷气受旋流影响而发生偏转。整体上看,导叶压力面的气膜冷却效率在旋流方向为逆时针条件下更高,前缘和吸力面的气膜冷却效率在旋流方向为顺时针条件下更高。

上海地区滨海相软黏土十字板强度分析

利用上海地区滨海相软黏土的十字板试验和土工测试数据,分析了十字板强度与深度的线性关系、十字板不排水抗剪强度与上覆有效压力之比随埋深及塑性指数的关系与变化规律,研究了每层土十字板强度平均值与静力触探比贯入阻力平均值之间的相关性,并与已有研究成果作了对比。

S型叶尖小翼对风轮振动频率影响的研究

利用PULSE16.1结构振动分析系统,针对直径1.4 m的小型水平轴风力机风轮分别在安装S型叶尖小翼与否的状态下进行静、动频测试,通过静频数据结合谱分析法识别风轮动频。研究发现,S型叶尖小翼导致风轮1、2阶振动静频下降,其对2阶振动静频的衰减幅值较1阶振动大,对同阶反对称振动静频的衰减作用较对称振动大,并具有显著调节风轮2阶反对称振动动频和对称振动动频间差值的效用。研究同时发现,S型叶尖小翼可有效改变风轮1、2阶振动动频曲线走势,从而有效调节风轮进入和脱离共振区的转速,这对于风轮最佳转速设计和避免共振设计具有较重要的意义。S型叶尖小翼对圆盘效应振动频率和轴向窜动效应振动频率影响很小,但在很大区域的转速范围内,圆盘效应振动动频曲线总是伴随风轮转速1倍频,并出现在1倍频振动带范围内,这一发现有可能为很多风力机叶片在远短于设计寿命期内频繁发生疲劳损伤事故提供新的解释。

瞬变潮汐流对单锚摇臂系泊系统大幅度回转运动的影响

为了研究瞬变潮汐流产生的单锚摇臂系统大幅度回转问题,针对单锚摇臂系统的特点建立水下摇臂和连接锚链的系泊模型。进一步基于三维波浪势流理论计算浮式生产储卸装置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)的水动力参数,在时域内耦合分析稳态环境载荷作用下的FPSO-chain-yoke多体运动特性,并且与模型试验数据进行对比,验证了算法的准确合理性。在此基础上,对不同角度的FPSO风(流)载荷系数进行样条插值分段得到其与迎风(流)角度的关系表达式。结合单点系泊系统的风向标效应,实现对瞬变潮汐流问题的求解,重点讨论了大角度方向变化的潮汐流对单锚摇臂系泊系统回转运动的影响。通过与实际观测数据进行对比,验证了算法的工程应用价值,以期能够为探究单锚摇臂系统运动和轴承磨损行程提供研究方法和理论依据。

导片锥角和片数对悬锥装置水沙分离效率的影响研究

通过物理模型试验,将泥沙沉降过程中浑水含沙浓度作为量测指标,通过变量控制法就导片锥角和片数对悬锥装置的水沙分离效率影响情况进行了试验研究。研究结果表明:悬锥装置中导片片数的多少是影响该装置水沙分离效率的主要因素,而导片锥角的大小对装置的水沙分离效率影响不大。

叶片扩压器安装角对高负荷离心压气机流动及性能的影响

以某高负荷离心压气机为研究对象,运用三维粘性数值模拟方法考察了不同叶片扩压器进口安装角对离心压气机流动及性能的影响。分析结果显示,叶片扩压器进口安装角对离心压气机流动及性能影响很大,过小的安装角会造成流道堵塞,产生拉瓦尔喷管效应,使整级效率急剧降低。叶片扩压器在合适的安装角范围内,随着进口安装角的增大,压气机等熵效率变大,总压比升高,但工作裕度却逐渐减小。由此可知,叶片扩压器具体安装角的确定要根据效率、压比和工作裕度的综合考虑所定。

带单排气膜孔导向叶片前缘气膜冷却实验研究

针对导向叶片前缘结构的特点,建立了前缘气膜冷却实验台,实验模型由半圆柱面和2个平板组成,在距离滞止线2倍气膜孔直径位置布置了1排气膜孔。详细地测量了动量比对前缘径向平均换热系数和冷却效率的影响。二次流与主流密度比为1.5。动量比变化范围为0.5-4。主流在前缘位置的湍流度为0.4%和8%。研究结果表明,随着动量比的增加,换热系数增加,冷却效率减小。低动量比时气膜冷却使热负荷减少,高动量比时气膜冷却使热负荷增加。

核心机驱动风扇级可变弯度导叶设计方法

为设计出适用于核心机驱动风扇级的可变弯度导叶,在基础叶型设计的基础上,采用数值计算方法详细分析了缝隙形式以及设计点的选取对可变弯度导叶性能的影响。计算结果表明:不同的气流转折角对应着不同的最佳基础叶型;在缝隙设计中采用Coanda型线可以有效提高泄漏流的附壁性能,抑制缝隙后附面层的发展,提高可变弯度导叶性能;可变弯度导叶出口气流角变化范围较大,设计点的选取对可变弯度导叶的性能有显著的影响。

饱和软黏土十字板强度的相关性研究

水运工程地基海相沉积的软黏土地层较多,软黏土十字板强度指标是进行地基和边坡稳定验算的重要指标,但在海上进行十字板试验受风浪、潮汐影响,实施较为困难,试验数据的相关性研究较少。结合多个港口软黏土十字板测试成果数据,分析了十字板强度与有效自重应力及标贯击数的相关性,并建立了相关公式,对软黏土十字板强度指标的获取和应用具有实用和借鉴意义。

质量流量比对全气膜冷却叶片冷却特性影响的实验研究

采用瞬态液晶技术获得了全气膜冷却涡轮导向叶片全表面的高分辨率气膜冷却效率分布云图。实验在放大模型中完成,叶栅构成为三叶片两通道,叶栅进口雷诺数是1.0×105。叶片前缘有8排扩张型孔,压力面有21排轴向角孔,吸力面有24排轴向角孔。气膜孔排由2个供气腔供气,前腔二次流与主流的质量流量比为4.56%,后腔为4.67%。结果表明:受叶栅通道涡作用,气膜出流在吸力面呈聚敛状,在压力面则呈发散状。在三种质量流量比情况下,叶片平均冷却效率分布大体一致。随质量流量比的提升,叶片平均冷却效率提高,叶片前缘区域,气膜冷却效率提升更加明显。

大规模风电并网下抽水蓄能参与电网调频的模型预测控制策略

变速抽水蓄能机组在高比例风电并网的电力系统中具有深度参与频率调节的能力。针对短时风电功率波动引起电力系统频率扰动的问题,根据抽水蓄能机组不同的运行工况,提出抽水蓄能参与频率调节的模型预测控制策略。在发电运行时,利用风机的减载备用改善抽蓄机组因水锤效应引起的调频效果不佳的问题;在电动运行时,利用抽蓄机组快速响应的特点,有效平抑风电功率波动,提高风电机组的风能利用率。该策略在考虑抽蓄机组和风电机组各自约束条件的前提下,通过求解滚动时域内最优控制问题,协调各机组之间的有功出力分配,提高电网的调频性能。最后在Matlab/Simulink仿真平台对所提策略进行仿真验证,结果表明该策略能够有效改善抽水蓄能机组平抑风电功率波动时的调频效果。

上海地区软黏土的OCR及地质成因

通过覆盖上海地区两种沉积相(滨海平原和湖沼平原)19个工程的原位十字板强度Su FV,结合国内外研究成果,对上海3个软黏土层的超固结比OCR及其地质成因进行了分析。根据强度比S_(uFV)/σ'_(v0)(σ'_(v0)为有效上覆压力)计算OCR,给出了OCR随深度的变化规律。上海软土整体上处于超固结状态,浅部具有较大的OCR且较为离散(在1.3~5.0),随深度的增加OCR迅速减小,超过约13 m后维持在一稳定的数值(平均为1.6)。过去采用室内压缩试验给出的结果显著低估了上海软黏土的OCR。结合Hanzawa和Tanaka给出的模型对上海软黏土的强度及超固结地质成因进行了分析,认为基本符合浅部以胶结作用为主、深部以次压缩为主的特征。浅部的胶结作用变化范围较大而深部的次压缩作用则相对稳定,并初步给出了正常压缩、胶结作用和次压缩作用对总强度的贡献。

时序效应对导叶式离心泵水力特性与流致噪声的影响

为研究导叶相对蜗壳隔舌的时序效应对导叶式离心泵水力特性及流致噪声的影响,以某型号导叶式离心泵为研究对象,通过试验验证数值模拟的可靠性,分析设计工况下导叶不同时序位置(CL)时离心泵的水力特性和声场特性。结果表明:随着CL增大,泵的扬程时均系数、效率时均系数和总声压级系数均呈现先增大后减小的高斯分布规律。CL=0.267为导叶相对最优时序位置,此时泵的扬程和效率达到相对较高,而噪声处于相对较低水平。时序效应对泵内蜗壳隔舌附近流体流动造成影响,导致泵水力性能的改变。在泵的流致噪声中,叶轮诱导噪声为泵噪声主要来源,其声压级值高于其他部件诱导噪声。泵中各部件的压力脉动与声压级在频域上均呈现明显的离散特性,在叶轮叶频及倍频处出现峰值。研究结果为离心泵中径向导叶相对位置的确定提供参考依据。

新型桩基导流屏改善船闸下游口门区通航条件效果分析

五强溪枢纽船闸下游引航道口门区碍航问题一直是制约沅水高等级航道畅通的瓶颈。采用定床水流物理模型试验手段,分析河段现状通航水流条件及碍航特性。在桩基透空式隔流堤改善方案的基础上,提出了改善口门区通航条件的桩基导流屏方案,即通过阻挡和疏导水流相结合的方式来削弱口门区的斜向水流。方案实施前后试验成果对比表明,桩基导流屏对改善口门区斜流碍航具有较好的效果。

离心压气机内不同非定常源影响实验研究

使用热线风速仪对扩压器内的非定常流场进行了测量,采用锁相采样—集平均技术对热膜测量的瞬时信号进行了处理,对离心压气机内扩压器势反冲效应和叶轮尾流的非定常影响进行了分离,采用"逆频谱分析"方法求解了不确定性非定常性,研究了离心压气机内不同非定常源的影响。结果表明,扩压器的势反冲效应同叶轮叶片的非定常影响处于同一数量级,扩压器的势反冲效应略小一些。扩压器的势反冲效应同叶轮叶片的非定常影响均是沿流向不断减小,且二者之间的差距沿流向也不断减小。叶轮叶片的非定常影响对扩压器叶片的位置较为敏感,靠近扩压器凸面侧的测点受叶轮叶片的非定常影响较大。径向间隙内不确定非定常度受扩压器叶片的反冲影响较大。

惠州港区软土室内与原位十字板剪切试验强度对比分析

原位十字板剪切试验的应用已非常成熟,而室内十字板剪切试验的研究和实际应用尚不多见。依托惠州港区勘察项目对软土进行了室内与原位十字板剪切试验的初步对比研究,得出结论:相同深度处室内试验强度小于原位测试强度,室内测试深度效应较弱而原位测试深度效应更明显;造成室内、原位十字板强度差异的主要原因一是应力状态的差异,二是取样和样品运输过程中土样扰动造成的强度损失;原位十字板抗剪强度与室内测试强度和试验深度相关性良好,惠州港区软土利用室内十字板强度估算的原位十字板强度和实测值平均误差约为12%,可在不具备原位十字板测试条件时通过室内试验间接获得较为可靠的原位十字板强度数据。

等效法在求解叶片泵排量中的应用研究

分析了叶片泵的工作过程,并在此基础上,提出了应用等效法求解叶片泵排量的新思想,实现了对单作用叶片泵和双作用叶片泵排量的求解。该方法视觉独到,较传统的求解方法更为简便。