斜流轴流组合式多级压气机气动设计与流场数值模拟

[目的]压气机是燃气轮机的核心部件之一,它直接决定了燃气轮机性能的优劣。斜流压气机是介于轴流压气机和离心压气机之间的一种形式,兼具离心压气机高压比和轴流压气机流通能力强的优点。[方法]采用一套通用于轴流、离心和斜流压气机的S2流面气动设计和任意中弧线叶片造型的程序,对某斜流+轴流组合式多级压气机进行气动设计,研究确定压气机的流道形式、环量分布,并对其进行叶片造型。在设计时,结合商用数值模拟软件对该组合式压气机进行流场数值分析。[结果]结果表明,该斜流轴流组合式压气机的各项参数均满足设计指标,压气机两级总压比和绝热效率分别达到4.3和88%。[结论]该斜流轴流组合式的压气机设计有如下难度:一是斜流级静子进口处马赫数较高,在斜流静子中控制气流流动的难度较大;二是为控制气流在斜流静子中的分离,斜流级静子弯度较小,导致轴流级处于较大的负攻角状态,斜流与轴流的级间匹配难度较大。     

某型燃气轮机低压压气机转子模态及动力学分析

采用CAD/CAE综合分析方法,基于实体模型,应用网格划分软件Hypermesh,建立某型燃气轮机低压压气机转子的有限元模型.利用数值仿真软件求解转子的固有频率和弯曲振型、临界转速以及稳态不平衡响应.计算结果表明转子具有良好的整体结构刚度,一阶临界转速安全系数合理.动力学分析结果表明,在压气机的设计及制造工艺中需要对转子第4级的平衡工作以及此处附近转鼓的结构强度给予一定重视.     

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。     

增压比5的离心压气机设计

采用叶轮+扩压器+排气蜗壳组合的数值摸拟(I+D+V)方式,针对一使用压比为5.0的离心压气机开展设计研究。研究表明,跨音速扩压器的设计研究与跨音速叶轮研究同样重要;跨音速扩压器进口喉道将经历2种不同的堵塞状态;低转速的堵塞状态决定低转速时压气机的流量范围,高转速的堵塞状态决定叶轮极限负荷,即压气机极限转速和压比。采用I+D+V方式获得的压气机特性图显示,设计点(压比5.0,流量2.0 m3/s)处于最高效区,级效率0.85,喘振裕度0.17以上。     

轴流压气机的前加级设计

一、前言在船用燃气轮机老机型压气机的更新中,往往是采用在现成的压气机(简称原机)上加置前加级的办法。加了前加级后,可以同时提高流量和压比。加级法的好处是:可以充分利用原机的气动设计、结构设计、工艺技术上的已有成果和现成的工艺装备,但前加级机的设计要受原机通道     

轻型复合材料上层建筑与钢质船体连接结构设计分析

[目的]设计可靠、有效的复合材料上层建筑与钢质主船体连接结构是复合材料上层建筑在舰船上应用面临的难点之一。[方法]综合考虑各种连接结构的优、缺点,采用"π"型双螺栓、双剪切连接形式设计复合材料与钢连接结构。提取上层建筑与主船体连接位置在浪花飞溅冲击载荷作用下的垂向反力及弯矩作为设计载荷,利用有限元软件ANSYS校核2种工况下的强度。[结果]计算结果表明,各项需要考核的应力指标均小于材料的极限应力,并且保留了一定的安全裕度,所设计的连接结构较为合理、可靠。[结论]在2种设计工况的强度校核中,泡沫芯材剪切应力的安全裕度最小;对于芯材较厚的夹芯板,泡沫芯材的剪切应力是薄弱环节,故在设计复合材料夹芯板连接结构时,应重点关注芯材的剪切问题。     

压气机转子叶片静气动弹性分析

为研究压气机转子叶片弹性变形对气动特性和结构性能影响,采用商业软件Nuimeca和Ansys用流固耦合的数值计算方法,研究跨声速转子叶片在考虑气动载荷和离心载荷共同作用下的静气动弹性变形,分析不同材料属性对叶片静气动特性的影响.结果表明考虑叶片变形后的气动特性曲线往右边移动,更加贴近实验数据.由于气动载荷和离心载荷的作...     

某型汽轮机转子轮槽穿孔强度计算

某型汽发机组汽轮机转子复速级第一级末叶片的轮槽在钻孔时被打穿。由于叶轮是对称模型,因此在建模时采用分割叶轮的方法。基于有限元算法进行强度校核,计算时使用ANSA及ABAQUS软件对模型进行前处理及计算分析,结果显示:穿孔对叶轮无影响。     

舰船间冷循环压气机气动设计

为了进行燃气轮机的间冷循环改造研究,需要对某型机低高压压气机进行相应改造。对低压压气机进行了减两级的具体设计,提出了2种方案,同时根据相应方案对出口导流叶片进行了造型设计。对改型机进行了气动性能的计算,结果表明:所设计的叶片满足气动性能要求。2种方案相比,1列叶片方案效率略高于2列叶片方案。推荐采用1列叶片方案。     

基于数值试验的喷水推进轴流泵的一体化设计

在给定流量、转速和扬程的设计指标下,综合分析和选取决定叶轮水动力性能的主要几何参数,采用升力法进行喷水推进轴流泵叶轮的水力设计。然后运用CFD方法对所设计轴流泵在设计点水动力性能进行数值模拟,计算结果表明:水力效率和扬程均满足设计要求。此基础上计算得到了该泵的扬程-流量、功率-流量、效率-流量特性曲线,进一步验证设计的合理性。最后将在设计工况下计算得到的水动力载荷导入有限元分析软件进行叶轮应力分析,校核了设计工况下叶片强度;同时,对叶轮进行模态分析,结果显示:所设计叶片固有频率远离轴频、叶频,能很好地避开叶轮共振。     

采用混合材料的离心风机转子的模态分析

多级离心风机转子模态分析是其动力学分析的一个重要方面.采用UG建立离心风机转子的三维模型,运用非结构化网格对风机转子模型进行网格划分,利用ANSYS对其进行模态分析.分析并探讨了自由模态和约束模态两种状态下的固有频率和振型,获得了各阶频率对应的振型图.改变风机转子结构材料属性,比较了Q235材料、铸铝材料以及混合材料所对应转子模态的固有频率和振型的改变.文中所做研究解决了该型号离心风机设计时的共振问题,同时也为其它离心风机的设计与动力学分析提供了参考.     

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。     

半开式离心压气机通流部分优化设计

从流体力学的基本概念出发,提出了鉴别半开式离心压气机叶轮势流场品质的三条准则。根据这三条准则,可设计出叶轮较佳几何参数和型线。 借助给出的试验数据来设计无叶扩压器径向比和有叶扩压器进口几何喉面积,能可控地确定这种压气机的喘振线。使它既与给定的管纲特性线相近(整个运行区效率较高),但又不与它相交(否则引起喘振)。各元件的气动负荷均匀、合理,以利整机绝热效率提高。     

基于波动理论的共振转换器减振特性分析

[目的]共振转换器(RC)作为一种有效的减振装置,在船舶轴系纵向振动控制领域备受关注。鉴于共振转换器内部结构参数与其减振效果密切相关,[方法]面向工程化设计,首先,运用波动理论推导声压在共振转换器内传播的解析式,并构建内部结构参数与其振动机理的物理关系;然后,分析共振转换器外接管系和外接腔体的设计参数对系统插入损失、宽频带内声压级的影响规律及灵敏度。[结果]结果表明,共振转换器在其固有频率处可较好地实现对主系统共振峰的控制。[结论]对于原系统特征线谱消振的需求,需关注外接管系尺寸的选择;而对于频带内声压级总体控制,则需关注外接腔体尺寸的设计。     

自卸船改装散货船结构强度和屈曲有限元分析

以3000t级自航自卸专用运煤船改装成5000t级散货船为例,利用有限元软件MSC.Patran/Nastran建立有限元模型对船体结构进行强度评估,并对纵骨架式甲板、船底和内底板格的屈曲强度进行校核.对于强度不满足的部位提出加强力案.     

悬挂式铝合金整体壁板压杆的稳定性校核方法

[目的]悬挂式铝合金整体壁板结构在气垫船中得到了广泛应用,鉴于铝合金的弹性模量较低,且铝合金框架结构的失稳问题突出,因此需要对其稳定性校核方法进行研究。[方法]采用非线性有限元方法对悬挂式铝合金整体壁板的压杆进行稳定性分析,比较《海上高速船入级与建造规范》和《铝合金结构设计规范》中关于铝合金受压构件的稳定性设计公式和适用性。[结果]得出了悬挂式铝合金整体壁板压杆的失稳规律,并提出了压杆的校核方法和肘板布置方法。[结论]研究成果可用于指导悬挂式铝合金整体壁板结构的设计。     

基于有限元分析技术的船用轮机滤清器研究

海洋大气含有较多的水分和盐分,会造成舰船燃气轮机压气机叶片的磨蚀,同时也会造成轮机热通道的化学腐蚀等损害,所以进行海洋大气的除水除盐工作对保证舰船燃气轮机的性能和使用寿命起着至关重要的作用。本文对某型舰船的燃气轮机滤清器进行研究,采用复合三级式滤清器的设计,并使用有限元分析技术探究其中的惯性级参数对滤清器性能的影响,优化滤清器的设计。     

汽轮机整圈自锁叶片强度与振动特性分析

针对整圈自锁叶片的安全性问题,采用有限元分析软件ANSYS Workbench对某型汽轮机叶片及其轮缘的强度进行计算,并通过单叶片-轮缘周期循环模型对整圈振动特性进行仿真分析。计算结果表明,在工作转速下叶片及其轮缘的等效应力强度均小于材料的屈服强度,同时整圈振动不存在“三重点”,不会产生共振。叶片设计满足机组运行的安全性要求,计算结果对工程设计有一定的参考价值。     

舰艇抗冲击试验自由场压力传感器布放机构设计分析

[目的]为解决舰艇在动态抗冲击试验中自由场压力传感器的布放问题,[方法]基于计算多体动力学理论,结合计算流体力学,设计自由场压力传感器布放机构。在布放机构中,布放杆件的设计需考虑截面形状、截面直径等参数的影响,并通过结构动力学数值方法进行强度校核。[结果]结果表明,该布放机构满足试验需求,布放杆件在使用碳纤维材料时易于操作,且将其布放在舰艇舷侧较为安全。当布放杆件截面直径大于35mm时,水流阻力迅速增大。[结论]文中设计、建模、校核及分析方法不失一般性,可应用于其他类似机械结构。     

邮轮开敞区域典型杆件风致噪声特性数值研究

[目的]旨在研究邮轮开敞区域典型杆件产生的风致噪声。[方法]基于计算流体动力学（CFD）联合声类比法、声振耦合法开展气动噪声与风致振动噪声的数值模拟,探究上述两种噪声产生机理及特性。[结果]结果显示,在不同风速下,圆杆、方杆、椭圆杆的气动噪声最大值频率由脱涡频率主导,风致振动噪声最大值频率由结构固有频率主导。3种不同截面形状杆件产生的气动噪声总体上大于风致振动噪声,且方杆的气动噪声最大。当杆件脉动压力频率接近固有频率时,在大柔度下风致振动噪声会接近甚至超过气动噪声。[结论]设计邮轮开敞区域典型杆件时应选择圆形杆件而避免使用方形杆件,且合理选择杆件尺寸,尽量避免杆件脱涡频率与固有频率接近,以此降低风致噪声。