脉冲频率与幅度对两级涡轮非定常特性的影响

涡轮复合技术中脉冲排气对两级涡轮性能产生显著影响。为探明脉冲来流下两级涡轮非定常特性,该文基于三维非定常流动仿真模型研究了排气脉冲频率与幅度的影响。模型中,高压级涡轮内流动采用全通道模拟以考虑蜗壳引起的非对称流动,低压级涡轮内流动采用单通道模拟以提高计算效率。结果表明,当脉冲频率从40 Hz增加到120 Hz,高压级涡轮瞬时功率峰值显著增大15.4%,而低压级涡轮瞬时功率峰值变化在1%以内;随脉冲幅度增大,低压级涡轮效率下降幅度比高压级涡轮更大,当脉冲幅度系数为1.6时,高、低压级涡轮转子效率分别下降3.66%和8.09%;低压级涡轮转子从叶中到叶尖处的进口流动攻角在脉冲周期内大幅度变化,引起叶片前缘处产生显著流动损失。     

径流式涡轮增压器涡轮蜗壳内部流动特性的研究

径流式涡轮的蜗壳不仅从单进口或双进口通道收集废气,而且加速气流并在涡轮叶轮的进口处形成所需的预旋。本文对一单进口通道的无叶蜗壳进行了试验研究,应用激光测速仪测取了其内部气流速度和气流角,采用三孔和五孔探针测量了蜗壳出口速度和气流角,并用扫描阀和单通道压力传感器测得了蜗壳表面静压。试验结果提供了蜗壳内部流动的过程及细节,可用于蜗壳设计的进一步发展,并且确认了所研究的理论三维粘性流计算方法。     

叶顶间隙对车用增压器涡轮性能的影响规律研究

研究了叶顶间隙对乘用车汽油机增压器涡轮性能的影响规律。研究中设定3种类型的涡轮叶顶间隙变化,分别为单独叶片进口间隙变化、单独叶片尾缘间隙变化及叶片进口间隙与尾缘间隙同步变化,每种类型间隙设定了不同间隙尺寸,在稳态条件下对3种间隙进行模拟。结果显示:叶片进口间隙与尾缘间隙同步变化时对涡轮效率、输出功率及涡轮出口温度影响最大,单独叶片进口间隙变化的影响最小;叶片进口间隙与尾缘间隙同步变化对涡轮输出功率与涡轮出口温度的影响基本是单独叶片进口间隙变化和单独尾缘间隙变化影响的叠加;叶顶间隙对涡轮流通能力的影响不明显;随着间隙尺寸的增大,叶片通道后半部分叶顶附近总压出现高数值区域,涡轮出口马赫数增大,从而降低涡轮的工作效率。     

涡轮增压器蜗壳喷嘴出口速度分布的数值模拟

以k—ε双方程模型模拟车用柴油机涡轮蜗壳内的气体流动情况 ,以心形线拟合蜗壳的通流截面 ,和SIMPLEST算法对蜗壳喷嘴出口气流角和速度的分布情况进行了三维数值计算 ,并将计算结果与实测流场进行了比较 ,两者分布规律吻合较好     

双进口无叶蜗壳径流涡轮的脉冲流动特性

为表述涡轮增压器在脉冲条件下工作,测量了径流涡轮转子进口和出口处的不稳定流动。即使在设计工况测得的进口冲角和出口旋流变化也很大。这些结果可以与瞬时效率相关联,并且增进了对涡轮增压器涡轮工作的了解。     

增压器混流涡轮的设计和试验研究

为了提高车用增压器涡轮的性能,针对某柴油机匹配的JP78B增压器进行了混流涡轮设计和试验研究。利用叶轮机械CFD软件NUMECA,对所设计的8个混流涡轮叶轮进行了叶轮内部流动的计算,分析了叶轮进口倾斜角、叶轮进口攻角、叶轮宽度和叶片数对混流涡轮叶轮性能的影响,进行了混流涡轮和径流涡轮的性能试验。试验结果表明,混流涡轮比径流涡轮效率高,并且涡轮最高效率点的u/co小。     

车用涡轮机复合喷嘴初步优化设计

提出了一种新型的涡轮喷嘴结构——复合喷嘴,针对该新型的涡轮可调喷嘴结构进行了数值模拟,对喷嘴叶片周向位置、叶片安装角和叶片数等参数进行了初步优化,并分析了气动损失偏大的流动机理。数值仿真结果表明,该喷嘴总压损失相对于单叶片VNT喷嘴略大,喷嘴段总压损失增大1.4%。     

离心压气机叶轮多场载荷与应力分析

建立了流固耦合计算模型,研究了离心压气机叶轮的离心载荷、热载荷、气动载荷及相应的应力.针对有蜗壳的整周离心压气机模型,采用单向稳态流固耦合的方法,分析了气动载荷、热载荷和相应的应力在周向上的不均匀性,讨论了柱坐标系下叶轮各部位主要的应力分量以及应力形成机理,定量分析了各场应力的占比,最后对比了多工况下各场应力比例关系.结果表明:气动载荷及应力在周向上的不均匀性较大,压力面正对蜗舌的叶片气动应力较大,且沿逆旋转方向叶片的气动应力不断减小;不同载荷作用下,叶轮各部位的主要应力分量有所不同;不同工况下,各场应力占比基本一致,离心应力均占据主导地位,其次为热应力,气动载荷的影响最小.     

径流涡轮增压器涡轮无叶蜗壳出口段速度场特性的研究

本文介绍了采用三维粒子动态分析仪（PAD）对一径流式涡轮增压器的涡轮无叶蜗壳出口速度分布的测量结果，给出了切向和径向速度以及气流角沿圆周方向的分布，分析了不均匀分布特性对向心涡轮效率的影响。     

周向进气角对部分进气涡轮性能影响的数值研究

针对一种新型的部分进气可变截面涡轮增压器,采用数值研究方法对不同周向进气角涡轮的低速工况性能及内部流场进行了分析研究,掌握了部分进气涡轮的工作特性和内部流动损失机理,明确了周向进气角对涡轮效率和流量的影响程度,为实现增压器与不同类型发动机的匹配提供了依据。     

清扫车风道系统减阻流动控制方法研究

针对某型环卫车辆开展了气动性能的数值仿真分析,并提出了两种清扫车风道系统减阻的流动控制方法,即吸盘进气口处的涡发生几何结构与出口呈渐扩几何的沉降室内风路管道。前者可在吸盘内生成大量非定常涡结构以降低固体颗粒物的起跳速度,并通过增大等效离地间隙降低系统风阻;后者则通过降低空气吸入沉降室速度来减小风阻损失,并减缓颗粒物对沉降室顶面壁面的磨损。通过对进气口处的涡发生几何结构和沉降室内的输送管道渐扩型出口两方面改进、验证,有效降低了固体颗粒物的起跳速度和管道出口气流速度,最终在最大流量处降低了风道系统内阻近31%。     

桥塔遮风效应对移动列车气动参数及行车安全的影响

为研究桥塔遮风效应对移动列车气动参数的影响，以沪通长江大桥这一钢桁梁斜拉桥为背景，基于移动列车模型试验装置，设计了缩尺比均为1：30的桁梁、桥塔和CRH3列车模型，依托XNJD-3风洞实验室进行了一系列试验。基于测试结果，分析列车通过桥塔区域时车速、风速以及合成风向角对列车气动参数的影响，并利用风-车-线-桥耦合振动模型分析了桥塔处气动参数突变对CRH3列车行车安全的影响。研究结果表明：桥塔遮风效应对移动列车影响显著，车辆气动参数在桥塔区域呈现突变的现象，升力系数和阻力系数经历了先减小后增大的过程，力矩系数则先增大后减小；风速越低，气动参数曲线在桥塔处的突变程度越大；气动参数曲线的突变宽度远大于桥塔自身的宽度，且车速越高突变宽度越大；合成风向角越小，列车气动参数在桥塔区域的变化越显著；列车离开桥塔区域时，桥塔尾流会造成升力系数和阻力系数局部增大；在考虑桥塔遮风效应的情况下，列车车体加速度在桥塔区域急剧增大，当列车远离桥塔区域时又逐渐减小；桥塔遮风效应会威胁列车的行车安全，未考虑桥塔遮风效应的分析结果是偏不安全的。     

工程机械用液力变矩器叶片角对其性能的影响

为了得到高效率的液力变矩器,对工作轮叶片角与变矩器性能之间的关系进行了研究。根据变矩器的能量损失和平衡建立了某工程机械用液力变矩器的数学模型,得到了转速比为0.12和0.28时工作轮叶片出口角度对变矩器效率、泵轮力矩、涡轮力矩和变矩系数的影响规律;通过Imageware建立了变矩器的流道模型,并进行高速比工况的三维流场数值模拟,对泵轮和导轮不同出口角时变矩器的原始特性进行了对比分析。结果表明,导轮出口角的大小对变矩器性能有较大影响,角度过大或者过小都会降低变矩器的效率。     

考虑波面影响的海上栈桥构件气动特性试验研究

为研究海上栈桥构件在波面影响下的气动特性,现通过进行考虑波浪面气动干扰作用下,栈桥构件风洞测压试验,得到了栈桥构件在不同波浪条件下的气动力系数影响规律。试验结果表明:平行短边传播波浪对结构气动力系数影响大于平行长边传播波浪,且位于平行短边传播波浪的背风侧波腰时,波面气动干扰会使阻力、升力及扭矩系数均降低;平行短边传播波浪在90°风向角位置,对阻力系数的降低作用由波峰到波谷依次增强,在波峰处的部分风向角中,气动力系数较无波浪有所增大。     

倾斜叶片前缘对涡轮强迫振动的影响研究

针对车用增压器径流涡轮在运行过程中容易出现高周疲劳失效的问题，使用流固耦合法对比分析不同叶轮前缘倾角的涡轮内部流场和强迫振动。结果表明，叶片前缘倾斜与导叶尾缘形成一定夹角可以减轻转-静子干涉效应。前缘倾斜叶轮在靠近叶片压力面的通道涡比前缘垂直模型的更强，导致涡轮的效率下降。叶片垂直设计在整个叶高范围同时与导叶的尾迹发生切割，增加了气动激励的大小，而叶片前缘倾斜可以减轻尾迹干涉的程度。另外，倾斜叶片前缘设计的吸力面侧压力比垂直叶片前缘的更小，导叶的势场对垂直前缘叶轮叶片的干涉作用更为强烈。综合考虑倾角对效率和最大动应力的影响，得到了合理的倾角设计，叶轮在一阶、二阶谐波压力下最大动应力均有较大程度降低。     

涡轮增压器气动轴向力的数值计算北大核心

应用计算流体动力学软件,以涡轮增压器自循环全工况性能试验为依据,计算了压气机级和涡轮级所承受的轴向力,并进一步对比了叶轮背盘有无篦齿的轴向力,分析了篦齿对轴向力的影响。研究表明:对于增压器自循环试验而言,大部分工况下涡轮增压器轴向力方向是由涡轮端指向压气机端,在低转速区某些工况,轴向力方向会反向;影响叶轮及涡轮表面压力大小及分布的因素,会对轴向力产生一定影响;由于齿腔对流体的动能有一定的耗散作用,影响了轮背壁面高速旋转所引起的气流速度和压力的径向分布,交错篦齿结构能够抵消部分蜗舌和压气机壳几何周向非均匀性对流动的影响,使轮背压力分布更为均匀。     

扁平箱梁颤振计算公式中联合折减系数的量化研究

扁平箱梁已广泛应用于大跨度桥梁的主梁设计中，其颤振性能通常会借助物理和数值风洞的方法获得，测试周期长、费用高。尽管采用颤振计算公式可以简便计算扁平箱梁的颤振临界风速，但当前公式中未考虑扁平箱梁气动外形和来流攻角的具体影响，计算误差较大，无法用于实际工程设计。为了提升颤振计算公式中联合折减系数的准确度，利用节段模型风洞试验开展气动外形和风攻角对扁平箱梁颤振性能影响的研究。在分析各种气动构件和外形参数对扁平箱梁颤振性能的影响后，确定以斜腹板倾角和宽高比为气动外形变量，设计制作3组12个节段模型，分别在5个风攻角下测试了有栏杆扁平箱梁的颤振性能。在此基础上，根据节段模型风洞试验获得的颤振临界风速，结合弯扭耦合颤振闭合解计算公式，量化了气动外形和风攻角变化对扁平箱梁颤振的影响，给出不同条件下扁平箱梁颤振计算公式中的联合折减系数。最后，基于实际桥梁的颤振临界风速算例，验证利用联合折减系数计算颤振临界风速的准确性和适用性。研究结果表明：在0°风攻角和正风攻角下，当扁平箱梁的宽高比分别为11，9时，斜腹板倾角的减小有利于颤振临界风速提高，宽高比为7时，斜腹板倾角对颤振临界风速没有影响；在负风攻角下，3组宽高比模型斜腹板倾角的减小均会引起扁平箱梁颤振临界风速的降低；联合折减系数与扁平箱梁截面的颤振性能正相关，可直接反映其颤振性能，相对于目前《公路桥梁抗风设计规范》中扁平箱梁颤振临界风速计算时的固定折减系数，该系数能够具体和准确反映气动外形和风攻角对扁平箱梁颤振的影响，可以结合颤振计算公式快速、准确地计算出大跨度桥梁颤振临界风速。     

车用催化转化器流动阻力影响因素的研究

流动阻力是车用催化转化器的重要性能之一。作者对载体结构参数，入口扩张管和出口收这三个因素进行了试验研究，并对载体通道的流动进行了理论分析，提出了一种计算载体流动阻力的方法。研究结果表明，载体结构参数和扩张管锥角对流动阻力影响显著，而收缩管锥角的影响不明显，在载体结构参数中，减小载体壁厚是降低催化器阻力的有效措施。     

基于CFD的泵轮叶栅关键参数对液力变矩器的性能影响预测

基于计算流体力学理论,利用Pro/E建立某型液力变矩器叶栅系统全流道模型。借助多重参考系技术,采用FLUENT软件对液力变矩器内流场进行数值模拟,并与原结构的试验结果对比,验证了该模型的合理性。在此基础上,研究了泵轮叶片进口角和出口角等关键参数对液力变矩器性能的影响。结果表明,增大叶片进口角或减小叶片出口角,可降低失速变矩比、K因子和改善高速比下液力变矩器的传动效率。     

宽幅双箱叠合梁涡振性能及抑振措施试验研究

叠合梁断面通常为气动外形较钝的半开放截面，为漩涡的产生和发展提供了条件，容易发生涡激振动现象。过大振幅的涡激振动会影响行车舒适性，严重时将引起结构疲劳破坏，危及桥梁结构安全。如何有效解决涡激振动问题成为叠合梁桥抗风设计的关键。为了抑制该类主梁断面的涡激振动，以宜宾盐坪坝长江大桥为背景，通过1：60的节段模型风洞试验，研究了风嘴、中央稳定板、封闭栏杆、裙板、内侧隔流板、箱梁下导流板等常见措施对双箱叠合梁断面涡激振动性能的影响。研究结果表明：封闭斜拉索防护栏杆、内侧隔流板、梁底稳定板等措施均可不同程度地降低主梁的涡振振幅，但仍无法满足桥梁的抗风设计要求；竖直裙板可以使-3°和0°攻角下主梁的涡激振动消失，但对3°攻角的减振效果有限；在叠合梁中应用广泛的传统整体式风嘴无法降低宽幅双箱叠合梁的涡振振幅；采用安装在箱梁侧下方的三角形风嘴可以减弱箱梁边缘的流动分离，优化梁体的气动外形，从而使断面在各个风攻角下的涡振振幅大幅降低。将三角形风嘴与封闭斜拉索防护栏杆的方案组合后，可进一步降低主梁的涡振振幅，满足抗风设计的要求。所提出的叠合梁涡振抑振措施具有较好的工程适用性，可为同类桥梁的抗风设计提供借鉴。