双级轴向旋流非预混燃烧和流动特性分析

本文对双级轴向旋流非预混燃烧器进行了研究,应用CFD数值模拟,探索一级旋流器叶片安装角度和文氏管扩张角的角度变化对燃烧特性和温度场以及流动场的影响规律。研究结果表明：文氏管扩张角依次增大过程中,燃烧室内中心回流区中心前移,旋转射流径向扩张角增大;CH4的浓度沿径向分布更加均匀,降低了燃烧室内最高温度。此外在五种不同文氏管角度和一级旋流器叶片安装角度的结构条件下燃烧室中外回流区域温度均低于内回流区域温度。在一级旋流器叶片安装角为55°、二级旋流器叶片安装角为35°时,燃烧器出现回火现象。     

海流能轮机叶片翼型的水动力学特性模拟

基于卧式海流能发电装置,采用雷诺平均N-S方程,对来流攻角从0°~26°情形下的叶片翼型进行数值模拟,分析比较不同攻角下水动力学特性的变化规律。结果表明:一定范围内增加攻角可有效提高升阻比,但升力系数最大时,升阻比、水翼捕能效率不一定最高,失速角也不一定是最佳攻角,验证了水翼失速的根本原因是边界层的分离;水翼吸力面与压力面的压差较大,此压差为水翼提供较高的升力系数,主要来自于水翼的前半部。此外,还分析了水翼周围流场的速度分布、压力分布等水动力特性与攻角的关系,为设计高效的海流能转换叶片提供了理论参考。     

喷水推进轴流泵的水力设计与空化特性分析（英文）

基于先进的叶片设计方法，本文采用NREC软件对喷水推进轴流泵（包括一排动叶和一排静叶）进行模型设计，进而采用标准k-ε湍流模型和混合多相流模型对其空化特性进行数值模拟，并借助“Schnerr Sauer”空化模型来探究空化导致扬程下降的机理。结果表明，随着有效汽蚀余量的减小，空化首先发生在叶轮进口端附近，然后向叶轮出口端、轮毂及相邻叶片方向扩展，其水汽混合混乱，反向回流而产生旋涡。另外，本文还研究了与泵内流场非线性耦合的叶片几何参数（叶片安装角、叶片拱度和叶片厚度等）对空化的影响规律。结果表明，叶片安装角减小或叶片拱度增加，空化面积将随之减小，这提高了喷水推进泵的抗空化能力，而叶片厚度对其性能影响不大。     

竖轴变偏角潮流发电水轮机的叶片控制机构

为了进行竖轴变偏角潮流发电水轮机的水动力性能的模型试验研究,需要设计该水轮机的试验模型,关键是进行水轮机叶片控制机构的设计.在比较现有的变偏角叶片控制机构的设计思路和工作特点基础上,设计了三种适用于竖轴变偏角潮流水轮机的叶片控制机构,并分别给出了工作原理和装配图,介绍了叶片控制机构的实现方法.最后对三种控制机构的性能、造价等因素进行比较,为进一步的模型试验奠定了基础.     

全方向推进器叶片调距机构设计

参照摆线推进器的叶片螺距控制机构原理以及日本川崎重工圆盘连杆调距机构原理,设计了一种新型的全方向推进器的叶片调距机构,并分别给出了工作原理和装配图,介绍了叶片调距机构的实现方法。通过进行两种调距机构的性能、造价等因素的比较,选择了圆型连杆机构作为试验模型的调距机构。     

叶片包角对矿浆泵磨损特性的影响

基于计算流体动力学与离散元耦合的方法,结合磨损模型,在不同叶片包角条件下对泵磨损特性进行模拟。结果表明,叶轮中磨损最严重的区域位于叶片的工作面出口处,压水室的磨损较轻;随着叶片包角增大,叶片工作面的磨损减缓,磨损最严重的位置逐渐远离叶片出口,压水室的磨损量下降。     

基于数值模拟和模型试验的泥泵优化设计

结合数值模拟和模型试验,基于流体仿真软件,采用标准k-着湍流模型,模拟大型泥泵的三维流场,预测泥泵的水力性能,并采用增大叶片包角,减小叶片出口角、调整叶片型线等方法对叶片进行优化,最高水力效率达到86%;基于相似定律,按照1颐4的比例设计制造模型泵,在试验台上进行外特性试验。结果证明,优化设计的大型泥泵效率与预测相符,验证了高效泥泵的设计方法。     

高比转数轴流泵型式和实用设计的研究

本文在高比转数范围内从理论上对轴流泵进行了研究。文中叙述了按本文理论研究结果设计的实型泵的试验实例。目前,这种在高比转数轴流泵设计中获得应用的研究成果也非常适用于吸入比转数介于混流泵和轴流泵之间的、与泵壳倾斜角非常小的斜流泵。文章对轮缘、平均有效直径和轮毂直径处的叶片进口角和出口角进行了研究。通过讨论所得到的一些结论是,叶片进口角仅仅只是试验常数和进口轮毂比的函数。平均有效直径处的叶片进口角的量值与轮毂处的值相比变化很小。轮毂处的叶片角随着轮毂比的减小而迅速加大。叶片出口角仅仅只是出口轮毂比和平均有效直径处液流角的函数。它的变化主要在轮毂处。轮毂处的叶片角随着轮毂比的减小而迅速加大,而在轮缘处却略有减小。本文同样还论述了诸如扬程系数、流量系数和平均有效直径处液流出口角等设计参数间的相互关系,所给出的方程式和设计图表可供设计实型泵时使用。     

基于粒子群算法的压气机热力学模型研究

压气机性能对涡轮增压柴油机性能影响显著，也是仿真计算的难点和重点。压气机热力学模型虽原理清晰、扩展性好，但模型参数获取比较困难。为克服这一难题，该文提出利用实验图谱，基于粒子群算法对压气机特征参数进行优化建模的方法。利用所获取压气机有限范围内的特性图谱，选取多个参数作为建模的优化参数，包括进出口直径、叶轮入口角、扩压器入口角、叶片后弯角与叶轮出口宽度等，将优化后热力学模型计算结果与实际特性图谱进行比较。结果表明：该方法所建立的热力学模型能够较好地匹配实验图谱，扩大了压气机模型的适用工况范围。     

涡轮平面叶栅的理论研究与试验分析

本文利用平面叶栅理论,按实用的流道法以及水电比拟法对燃气涡轮、蒸汽轮机及柴油机增压器废气涡轮的叶片的性能进行了理论计算,并运用附面层理论来处理气流的粘性——估算涡轮平面叶栅的损失及分析沿叶型表面速度分布形式的影响。 在理论分析的基础上,针对涡轮叶栅稠度大、安装角大及气流转折角大的特点,运用“通道”概念进行分析,选择几个有效的准则来处理大量叶栅试验数据,最终得出了计算涡轮叶栅气动特性的几个比较精确的半经验公式。     

基于求解速度势通量的指定压力分布二维翼型设计方法

为了提升翼型的水动力和空泡等性能,指定压力分布的翼型剖面设计的方法多数集中在给定攻角下的翼型剖面的设计,该方法存在计算量较大,收敛性不理想,特别是推广到三维问题时,上述问题尤为突出,限制了翼型设计的进一步发展。文章以势流理论面元方法为基础,通过求解指定压力分布条件下翼型表面的速度势通量,获得翼型表面形状的修正量,并将修正量分解为攻角的变化以及剖面自身的变化两部分,从而得到了翼型唯一的设计攻角和翼型剖面几何（厚度分布、拱度分布）。文中采用上述方法对二维翼型问题进行了设计验证,表明该方法可以设计任意指定压力分布的翼型剖面,理论上该方法可以用于全三维翼型的设计问题。     

Influence on the hydrodynamic performance of a variable vector propeller of different rules of pitch angle change

To design a more effective blade pitch adjustment mechanism,research was done on changes to the hydrodynamic characteristics of VVPs(Variable Vector Propeller) caused by different rules for changing pitch angle. A mathematical method for predicting the hydrodynamic characteristics of a VVP under unsteady conditions is presented based on the panel method. Mathematical models for evaluation based on potential flow theory and the Green theorem are also presented. The hydrodynamic characteristics are numerically predicted. To avoid gaps between panels,hyperboloidal quadrilateral panels were used. The pressure Kutta condition on the trailing edge of the VVP blade was satisfied by the Newton-Raphson iterative procedure. The influence coefficients of the panels were calculated by Morino's analytical formulations to improve numerical calculation speed,and the method developed by Yanagizawa was used to eliminate the point singularity on derivation calculus while determining the velocities on propeller surfaces. The calculation results show that it's best for the hydrodynamic characteristics of the VVP that pitch angle changes follow the sine rule.     

基于Boltzmann方法的手动可调螺距桨敞水特性

针对船舶长期服役后出现的船、机、桨不匹配问题,采用Boltzmann方法建立手动可调螺距螺旋桨的数学模型,对手动可调螺距螺旋桨进行敞水特性计算,结果表明:手动可调螺距螺旋桨随着螺距角的增大,其推力、转矩逐渐增大,当进速较小时,桨叶螺距角小的效率高,进速较大时桨叶螺距角大的效率高,并且桨叶螺距角有一定的工作范围,另外随着桨叶螺距的增大,桨叶吸力面低压区逐渐减小,桨叶压力面高压区逐渐增大,叶根及桨毂附近的低压区逐渐减少,手动可调桨发生空化的可能性将降低。     

三维竖轴潮流水轮机水动力性能研究

竖轴水轮机作为潮流能转换为电能的核心装置,其水动力性能的优劣将会直接影响到整体发电系统的效率。为了研究大型竖轴水轮机叶片安装角对水轮机水动力性能的影响,基于多参考系模型(MRF),采用Fluent软件对流场中的模型进行3D数值模拟。在转速和来流速度保持不变,改变安装角时,分析同种翼型5个不同安装角叶片对潮流能水轮机的水动力性能的影响。同时分析在同一安装角和旋转速度条件下,不同来流速度对水轮机水动力性能的影响。结果表明,叶片安装角对竖轴潮流水轮机的能量利用率影响较大,来流速度对水轮机叶片表面的静压力和输出功率具有一定的影响。研究结果对今后竖轴水轮机的设计和生产具有借鉴意义。     

基于损伤力学和XFEM的舰船蒸汽轮机叶片裂纹扩展研究

叶片作为舰船汽轮机的核心零部件,其在复杂工况下的低周疲劳寿命一直是备受关注的问题。传统的寿命预测方法大多是基于经验公式进行求解,没有考虑损伤累积对材料固有属性的影响,也没有对裂纹萌生和扩展过程进行全面的分析。文章以损伤力学的基本理论为基础,考虑叶片实际非对称循环的工作状态,引入平均应力的概念,推导叶片低周疲劳寿命的计算公式以及损伤随循环次数变化关系的表达式。同时基于有限元分析软件ABAQUS,使用XFEM方法模拟叶片裂纹扩展并进行低周疲劳寿命分析,并与所给出的理论计算结果进行对比。结果表明,所建立的基于损伤力学的低周疲劳寿命计算结果与基于扩展有限元的裂纹扩展模拟结果吻合较好,其对于舰船汽轮机叶片等工程结构的寿命预测具有一定价值。     

艇后大侧斜螺旋桨负载噪声数值分析

为研究艇后非均匀流场中大侧斜螺旋桨无空泡负载噪声的分布规律,文章采用“CFD+BEM”法,以SUBOFF潜艇后某大侧斜桨为研究对象,首先稳态计算均匀进流下螺旋桨敞水特性,模拟系数值与实验误差在3%以内,验证了CFD数值计算的可信性。然后采用大涡（LES）模拟,对“艇+桨”进行三维非定常数值模拟,计算得到桨表面声偶极子数据后,通过距离加权平均法映射到声网格节点上,将噪声源直接分布在桨叶表面上进行积分来预报螺旋桨的低频线谱噪声。采用边界元法基于扇声源理论通过FW-H声类比方程分别在1 kHz以内对桨盘面、轴向纵剖面及10倍桨半径球场的噪声进行频域求解。研究表明：桨盘面和轴向纵剖面上声指向均呈8字形,但受螺旋桨自身旋转及大侧斜的存在,指向性不唯一;球场声场显示,轴向声辐射面较大,声辐射强,径向辐射面小且辐射较弱;特征点的计算结果显示,高阶叶频声压级明显比一阶叶频低,这与物理现象相符,将特征点处结果与已发表文献进行对比,吻合性良好,并对存在的差异作出了合理的物理解释。该文为螺旋桨噪声预报介绍了一种可行的新方法。     

潜器全方向推进器的研究

概述了全方向推进器工作的基本原理以及研究开发全方向推进器的意义;介绍了国内外针对全方向推进器的研究的现状以及哈尔滨工程大学在全方向推进器的研究方面所作的工作;给出了哈工大的定常和非定常状态下的理论计算结果,以及与日本三菱重工的试验值所作的比较;提出了两种新型全方向推进器调距机构的试验模型.     

海底犁式挖沟机犁体曲面优化设计(英文)

The plow of the submarine plowing trencher is one of the main functional mechanisms, and its optimization is very important. The design parameters play a very significant role in determining the requirements of the towing force of a vessel. A multi-objective genetic algorithm based on analytical models of the plow surface has been examined and applied in efforts to obtain optimal design of the plow. For a specific soil condition, the draft force and moldboard surface area which are the key parameters in the working process of the plow are optimized by finding the corresponding optimal values of the plow blade penetration angle and two surface angles of the main cutting blade of the plow. Parameters such as the moldboard side angle of deviation, moldboard lift angle, angular variation of the tangent line, and the spanning length are also analyzed with respect to the force of the moldboard surface along soil flow direction. Results show that the optimized plow has an improved plow performance. The draft forces of the main cutting blade and the moldboard are 10.6% and 7%, respectively, less than the original design. The standard deviation of Gaussian curvature of moldboard is lowered by 64.5%, which implies that the smoothness of the optimized moldboard surface is much greater than the original.     

叶片不同弯折角对高速斜流风机气动性能的影响

叶片弯折角作为风机的重要设计参数,能否合理选择弯折角对风机整体性能影响明显。针对8°、18°、28°、38°、48°5种不同叶型弯折角进行CFD数值模拟,研究表明:弯折角增大,最高效率点向大流量工况偏移;当弯折角超过一定值后,流道扩压度过大,小流量工况流动分离明显,压力迅速下降,风机高效区范围变窄。弯折角变化对效率影响不大,但弯折角变小则压力降低。内部流场分析表明,弯折角过小将不利于叶片加载,弯折角过大则有利于高效工况区间的拓宽。     

基于Theodorsen方法的螺旋桨空泡数值计算研究

探讨一种预测桨叶剖面任意点处是否会出现空泡的方法。首先,针对所给桨叶剖面,采用Theodorsen方法计算出绕叶剖面周线的速度分布和压力分布,用湍流边界层Head方法进行压力分布修正;然后将所得各点降压系数与空泡数进行比较,从而预测叶剖面各点是否会出现空泡;最后,通过对HSP桨旋转一周过程中桨叶r/R=0.7处剖面压力系数的计算,对该处是否会出现空泡作出判断,结果显示计算值与实验值符合性较好。