开槽蜗舌对离心风机流场特性的影响

针对风机叶轮射流尾迹与蜗舌产生的动静干涉流场的特性,研究风机内部动静干涉流场的相互作用机制.以某离心风机为研究对象,通过对传统蜗舌的结构进行改进,在叶轮出口长度对应的蜗舌展向长度范围内开槽,采用数值计算的方法分析开槽结构的槽宽、槽深和间距等参数对离心风机的气动特性和风机内部流场分布的影响规律.计算结果表明:开槽蜗舌有助于改善风机的运行效率,减小尾迹对蜗舌前缘的冲击,延缓蜗舌下游边界层的流动分离,削弱叶轮与蜗舌之间的动静干涉作用,抑制蜗壳壁面的非定常压力脉动.     

离心风机的内部流场数值模拟及噪声预估

建立后向板型叶片离心风机的流场模型,运用非结构化网格对流场模型进行网格划分,流场模拟的湍流模型采用标准k-ε模型,风机旋转区与非旋转区的耦合采用移动参考坐标系模型MRF,利用Fluent流体分析软件对离心风机的三维流场进行模拟仿真,得出叶轮、蜗壳的速度、压力等分布云图,在此基础上,运用数值计算方法对所研究的离心风机进行噪声预算,结果表明：考虑蜗壳与叶轮之间的区域计算所得流场更加符合实际工况;叶轮对气流做功,叶片根部气体的速度最小,叶片边缘处速度最大;蜗壳内侧的静压与全压均偏低;蜗壳的静压与动压在蜗舌区域均发生突变。研究结果有助于了解风机内部流场的运动规律,为风机结构优化及噪声优化研究提供参考。     

船用离心风机叶片开槽对气流流动特性的影响

提出船用离心风机叶片开槽处理技术,以改善叶轮通道气体流场。利用商用CFD软件,分别对某型离心风机原始叶轮和开槽叶片叶轮进行三维数值模拟,并详细对比分析了2种叶轮模拟结果。结果表明:开槽处理可抑制射流-尾迹现象进而减小由此引起的叶片尾缘漩涡,并减弱通道内漩涡,从而提高通道内流场稳定性,增加通道流通面积,并且在一定范围内提高叶轮性能。     

离心通风机压力脉动形成原因及典型位置的脉动特性

对某型离心风机内部流场进行非定常仿真计算,对内部流动分离、压力变化和压力分布等进行分析,探索压力脉动的产生原因。在此基础上,近蜗舌区域压力脉动量值分析,获得离心风机内部典型位置的压力脉动沿轴向分布特性和频率特性,为离心通风机气动激励的改善及减振降噪提供参考。     

离心通风机压力脉动形成机理及典型位置脉动特性分析

非定常激励是离心风机内部振动噪声的主要气动因素，压力脉动是反映通风机内部流动非定常激励特性的标志性参数，本文对某型离心风机内部流场进行非定常仿真计算，通过内部流动分离、压力变化、压力分布等情况，探索分析了压力脉动的产生机理；在此基础上，通过近蜗舌区域压力脉动量值分析，获得了离心风机内部典型位置压力脉动沿轴向分布特性和频率特性，为离心风机流体激励的改善及减振降噪提供参考。     

离心风机仿生蜗舌降噪效果试验研究

提取长耳鸮羽翼组织降噪特征元素,设计耦合吸声结构蜗舌,降低离心风机的噪声。根据仿生学原理,仿生蜗舌形态单元包括微缝板、穿孔板和空腔,从降噪机理分析后发现三者耦合作用可以吸声降噪,并对离心风机性能参数影响不大。进行对比试验研究,结果表明:在额定工况下,装有仿生蜗舌的离心风机的总声压级LA比原型风机降低0.5 d B,其他工况最高可降低2.5 d B,说明仿生蜗舌是一种有效的降噪方案,其仿生形态单元尺寸与降噪效果的关系有待进一步研究。     

船用离心风机流动诱发噪声定量研究

对于进出口管道开口的大型船用离心风机,其内部非定常流动诱发的噪声是气动噪声和振动噪声的耦合且噪声以基频为主。本文通过数值计算方法定量研究了风机最高效率点(BEP)的基频噪声辐射,包含叶轮气动噪声、壳体气动噪声和壳体振动噪声。基于声学有限元方法,利用FW-H方程耦合URANS流场计算结果数值计算了离心风机的噪声辐射;以流动诱发壳体振动的压力脉动为噪声激励源,基于声学有限元方法,计算了壳体振动噪声辐射。结果表明,壳体基频气动噪声是风机噪声的主要贡献量(87 dB),其次是叶轮基频气动噪声(71dB),壳体基频振动噪声最小(57 dB)。噪声叠加使总噪声辐射增加了0.9 dB,但是声场的指向性没有发生变化。     

挖泥船绞刀二维清水流场数值模拟

基于时均N-S方程对绞刀内部及周边流场进行二维数值模拟分析,采用标准k-ε湍流模型与多参考系模型对绞刀进行动静耦合的定常数值计算,获得不同绞刀转速与泵吸流量组合时的流场状态。以定常湍流计算作为初始条件应用RNG k-ε模型和滑移网格技术进行了绞刀流场的非定常数值计算,得到了流场参数随时间变化及动静区域间的影响与干涉。研究成果有助于初步认识绞刀内部及周边流场,可供绞刀设计及挖泥船施工参考。     

离心通风机降噪设计研究

本文介绍了采用低噪声风机结构和振动模态试验技术相结合的方法研究设计船用低噪声离心通风机,使之达到低噪声的目的。对风机的主要部件,如叶轮、叶片、进风口及风舌间隙,进行了最佳的气动力设计,应用振动模态试验技术,分析风机的振动模态与噪声的相干关系,在风机的机壳内粘贴模态阻尼板,改变了风机的模态,增加了阻尼,从而降低了风机振动产生的噪声。     

网格数量对离心风机数值计算结果影响分析及试验验证

以某型离心通风机为研究对象,通过该型风机模型不同网格数量下数值计算结果、内部流场以及试验结果的对比,分析网格数量对数值仿真计算结果的影响,得出在一定范围内,网格数量的增加能够明显提高计算精度,更为清晰地显示风机内部流动,而数量达到一定程度后,网格的多少已经对计算结果影响不大,进一步增加网格数只会增加计算耗时。     

船用离心通风机高效节能改进设计

开展某型船用离心通风机节能改进设计,采用数值仿真对改进前后风机内部流场进行了分析,揭示了流动对风机整体性能的影响,样机试验表明风机节能改进效果明显,本文的设计方法对离心风机节能改进具有较高的应用价值。     

基于混合法的船用离心风机气动噪声数值预报

针对船用离心风机气动噪声源复杂,不易被快速、准确地进行噪声预报的问题,对某型船用离心风机采用混合法进行风机流场特性分析和其气动噪声源预报,建立气动噪声预报方法。对比试验与仿真结果,在100～5 000 Hz频域内两者相差3 dB,说明该方法具有可行性。     

离心风机流场大涡模拟与管中噪声数值预报

[目的]为开展离心风机振动噪声预报,[方法]首先,对离心风机整个流域进行结构化网格划分,采用大涡模拟(LES)获得叶轮表面随时间变化的脉动力,以旋转偶极子辐射为模型,采用声学有限元方法计算管道中的辐射声;然后,以蜗壳部分的壁面偶极子为辐射源,计算壁面脉动压力辐射声;最后,将数值计算结果与试验结果进行对比分析。[结果]结果表明,蜗壳壁面脉动压力辐射声在低频段高于叶轮辐射声,而在高频段低于叶轮辐射声;数值计算结果与实验结果具有一致性。[结论]所提叶轮辐射声及蜗壳壁面脉动压力辐射声的预报方法可满足工程应用需求。     

旋转式能量回收装置压力脉动特性分析

为了研究旋转式能量回收装置进出口处压力脉动的分布及频谱特性，采用非定常湍流模型对旋转式能量回收装置的不同工况进行数值模拟，分析不同工况下旋转式能量回收装置的压力脉动特性和装置内部流场分布，结果表明：旋转式能量回收装置转子与定子动静干涉是其产生压力脉动现象的重要原因，压力脉动会沿着流道传递至出口处，传递的过程中压力脉动的幅值会逐渐减小，转速和流量的提高都会增大压力脉动的幅值；压力脉动的主频与转子转频和孔道数的乘积有良好的对应关系，能量回收装置内部涡的产生频率与压力脉动的主要频率基本一致，而装置内部涡的产生是由转子与定子的动静干涉引起的。该研究有效揭示了旋转式能量回收装置压力脉动的特征和机理，对于装置压力脉动的利用和控制具有参考价值。     

离心风机管道中三维精细速度场的数值预报与验证

离心风机在某转速运行时,进风口、出风口均与大气直接相通,本文用自由入口、自由出口作为计算时的边界条件以模拟实际情况;根据风机几何拓扑特征,划分高质量的结构化网格;数值计算时,外域静止、包含叶轮的内域以离心风机实际转速旋转,以交界面进行数据传递,湍流模型采用RNG k-ε,计算得到的管道中流速与测量结果十分吻合。预报方法可用于复杂风管设计、风机选型等。     

离心压缩机三元叶轮的数值分析

运用CFD软件,对离心压缩机全工况下三元叶轮内部三维粘性流场进行数值模拟,并预测了其性能,为压缩机全工况的设计提供理论依据。     

喷水推进泵空化性能数值模拟与试验验证

为研究喷水推进泵空化性能,采用计算流体力学(CFD)方法对自行设计的喷水推进泵内部空化流场进行了数值计算与分析。用六面体结构化网格对喷水推进泵的进流管道、叶轮、导叶体和出流管道进行网格划分;通过求解由SST湍流模型封闭的RANS方程计算得到喷水推进泵内部流场,计算得到的扬程、功率和效率特性曲线与试验结果吻合较好。文中还对多个流量的空化性能进行了数值预报,计算结果与试验数据在趋势上具有一致性;小流量工况的临界净正吸头与试验值误差较小,而大流量工况的临界净正吸头与试验值误差较大。研究结果表明:采用CFD方法预报喷水推进泵内部空化流场和空化性能是可行的,可作为喷水推进泵优化设计的有效途径。     

船用废气涡轮增压器压气机内部流场数值研究

利用三维数值模拟技术对某型船用柴油机废气涡轮增压器压气机内部流场进行了数值分析,得到了额定转速下压气机内部流道气体流动情况。分析了压气机转子流道流场和径向扩压器流道流场,得到了主要气动参数分布。数值分析表明,在额定工况下离心叶轮内靠近叶轮出口处以及径向扩压器流道内流体均存在跨音速流动区域,同时在扩压器叶片吸力面下游位置存在低速涡流区域;压气机转子流道和扩压器流道的相互干扰及叶顶间隙的存在是导致压气机内部出现流动分离的主要原因。     

叶顶间隙对高压比离心压气机性能的影响机理

为了研究高压比离心压气机叶顶间隙流动损失的产生机理,建立了18个不同叶顶间隙的压气机叶轮模型,采用数值方法对其进行流场求解计算,对比分析有叶顶间隙与无叶顶间隙下压气机叶轮流道内的流场特性,进行不同叶顶间隙下叶轮流动的对比研究.结果表明:在设计转速与流量下,等熵效率与压比随叶顶间隙比率的增加而近似线性减小;叶轮流道内产生的泄漏涡与主叶片前缘激波相互作用造成有叶顶间隙下的流动损失,高速流体与机匣壁面作用产生的壁面涡与主、辅叶片前缘的激波共同造成了无叶顶间隙下的流动损失;随着叶顶间隙的不断增加,泄漏涡与激波相互作用产生的影响力不断向下游移动,导致压气机性能的不断降低.     

基于URANS模型的槽道侧推器水动力性能数值计算方法

对于侧推器的研究常采用模型试验和公式推导的方法,这些方法对于侧推器的设计研究成本较高,且无法获得槽道内的精细流场。在CFD计算中,采用MRF方法计算误差较大,为此,对照1308和1308-B槽道侧推器试验,采用全流域结构网格的URANS模型对试验进行了仿真计算,探究了边界条件、计算域、结构网格密度和时间步长对计算结果的影响,并最终确定一套计算方法对试验结果进行了验证,发现数值计算结果与试验的吻合度较高。误差在6%以内。在此基础上对不同叶片数的1308和1308-B槽道侧推器不同螺距比下的水动力和流场特性做了计算分析。