燃气向心透平的非定常流动特性研究

以燃气为工质的向心透平常用于微型燃气轮机系统中,有着重要的工程应用价值。本研究关注燃气向心透平的非定常流动特性,基于一台功率等级为1MW,转速为30000rpm的燃气向心透平,首先进行了热力设计,得到了其关键位置的燃气工质热力参数及透平的模型尺寸。其次基于三维粘性数值模拟计算的方法,采用SST k-ω湍流模型及六面体结构化网格在商用软件CFX中对燃气向心透平进行了定常与非定常气动计算,详细分析了其气动特性及非定常流动状况。最终,分析了这一燃气向心透平的非定常气流激振力在时域及频域分布,并准确评估了其流量、扭矩、功率及效率等关键参数。     

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。     

气流纵掠针肋套管热力性能实验研究

本文对锅炉上使用的新型传热元件－针肋套管的热力性能进行了研究，详尽分析气流在针肋套管中流动和换热情况，推导出努谢尔特数和流动阻力的相似解，并对影响因素进行了逐个分析，着重对难以确实的关键参数进行传热、流阻实验、获得了该套管模型的热力特性。推荐了锅炉设计时针肋套管热力计算方法及该套管元件运行的最佳工况范围，并预测了雷诺数对针肋几何结构参数的影响趋势。     

混合湍流模型的参数优化与分析

在以全流场N-S方程为研究对象的空化流动数值计算中,湍流模型在很大程度上影响了对空化流动的精确预测。为了进一步完善针对非定常空化流动数值计算构建的基于密度分域的混合湍流模型（FBDCM）,利用代理模型方法对FBDCM模型参数的整体敏感度进行了分析,评价了相关经验系数的扰动对空化流场及水动力特性预测精确度的影响,建议了针对非定常空化流动计算的模型参数的具体取值。结果表明,经验系数C2通过调节FBDCM中FBM模型和DCM模型的影响比重,成为对模型预测精度影响程度最大的因素;通过代理模型优化分析确定经验系数的混合湍流模型,能更好地调整流场内的湍流粘性,精确计算了反向射流区域大尺度涡团的流动,与实验结果更为接近。     

基于Matlab/Simulink的低功率汽轮发电机组系统仿真研究

针对一种低功率汽轮发电机组进行仿真研究，建立了汽轮机、发电机、冷凝器等设备以及水和水蒸汽热力计算的数学模型，建模以单通道、一维集总参数模型为基础，仿真模型的建立基于Matlab7．0／Simulink6．0。针对汽轮机甩负荷、冷凝器常见故障以及外部蒸汽机动性变化时汽发电机组的准稳态特性进行了仿真计算。计算结果表明，所得到的结论基本符合理论分析及现有的科技资料。论文的目的是希望建立一个能够描述低功率汽轮发电机组基本热力特性的仿真模型，展开系统的准稳态及动态特性等基础性研究工作，为热力系统的定量化设计提供分析手段。     

基于Matlab/Simulink的低功率汽轮发电机组系统仿真研究

针对一种低功率汽轮发电机组进行仿真研究,建立了汽轮机、发电机、冷凝器等设备以及水和水蒸汽热力计算的数学模型,建模以单通道、一维集总参数模型为基础,仿真模型的建立基于Matlab7.0/Simulink6.0.针对汽轮机甩负荷、冷凝器常见故障以及外部蒸汽机动性变化时汽发电机组的准稳态特性进行了仿真计算.计算结果表明,所得到的结论基本符合理论分析及现有的科技资料.论文的目的是希望建立一个能够描述低功率汽轮发电机组基本热力特性的仿真模型,展开系统的准稳态及动态特性等基础性研究工作,为热力系统的定量化设计提供分析手段.     

航机船用化改装动力涡轮的气动设计

本文通过航机船用化改装动力涡轮气动设计和研制的实践,结合航机改装和船用的特点,论述了进行动力涡轮气动设计的设计思想和气动特点,其中包括参数选择、设计体系、简单径向平衡计算与完全径向平衡流动计算的比较、两档功率动力涡轮的通用性设计以及采用导叶变几何来适应燃气发生器出口参数的少量调整等问题。本文提供的设计方法和数据可供航机舰用化改装动力涡轮设计参考.     

绕水翼非定常空化流动的涡动力学分析

文章采用数值方法对绕水翼的非定常空化流动进行了流动计算,并采用涡动力学方法对非定常空化流场特性进行了分析。计算中,采用基于当地涡旋修正的湍流模型封闭控制方程,通过实验对该计算结果进行验证;采用涡量法分析了空化的发生和发展对涡量输运过程的影响。结果表明:基于当地涡旋修正的湍流模型可以准确地模拟水翼周围非定常空化流场结构;水翼空化流场具有强烈的非定常特性,空化的发展和流场中的涡结构有着紧密的联系;反向射流的作用会导致附着空穴尾缘附近速度梯度的非定常变化,是导致涡量产生和消失的重要因素;空化区域内部水气两相的质量交换会导致流场内体积变化率的变化,使得空化区域内部流体的非正压性显著增强,上述两者导致空化区域内部的涡量分布呈现强烈的非定常特性;空化现象引起的水气两相之间的相互转换以及对湍流的作用都是影响涡结构空间分布的重要因素。     

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。     

水平轴海流能水轮机叶片水动力学特性分析

针对非定常情况下的三维叶片进行了水动力学特性分析,分别对叶片的功率系数、扭矩系数、轴向力系数、侧向力系数的统计特征值进行了对比分析,同时展示了一些水动力学特性参数的时空演化特征。     

船舶主机热力系统建模及分析

以某远洋船舶主机的热力系统为研究对象,将船舶主机热力系统简化为4个子系统,利用工程热力学及传热学的相关理论,对主机热力系统的具体设备进行热力学分析。通过Matlab中的Simulink工具分别建立热力系统中具体设备的仿真模型,并用模块化建模方法在具体设备模型基础上构建子系统模型,然后通过子系统之间的热力耦合关系组成船舶主机热力系统的整体模型,获取热力系统网络关键节点的流量、压力、温度和热交换量值,从而能够预测出在各种工况下,主机热力管路系统关键节点流体特性。     

扰流片式推力矢量控制的气动力学研究

文章基于气动力学中激波的相关原理,通过数值模拟研究了扰流片式推力矢量控制的工作原理、燃气流动偏转以及燃气与扰流片之间的相互作用。以减小扰流片侧向引起的推力损失为目的,基于膨胀波及超声速普朗特-迈耶流动的基本原理,获得了减小扰流片对燃气核心射流影响的基本方法,并通过数值模拟验证了R-73扰流片式推力矢量控制气动设计的合理性,获得了其扰流片、致偏装置的基本设计原则。     

純透平增压二冲程柴油机变工况工作点和特性曲线預算法

本文提出一种有关純透平增压单流扫气二冲程柴油机在船用变工况下,其脉冲透平增压器与柴油机间配合工作点的預算方法,并从而計算出增压柴油机的变工况特性曲线。算法的基本路线是运用单元部套的特性线、或特性式,按增压器与柴油机间的流量平衡条件,和增压器压气机与透平间的功率和轉数平衡条件,求解扫、排气参数間的关系;并与推进特性关系式相結合,求得工作点参数和气缸循环指标参数。具体計算时,系統地編制有关流量、功率和轉数平衡的,以及推进特性的三組P_K—P曲线,按曲线叠加后等轉数的交点,求定增压器和柴油机的配合工作点参数。     

基于传质源项的水翼空蚀风险数值预报

随着舰船航速和吨位的不断提高及对推进效能要求的提升，船舶带空泡运行越来越常见，随之而来的空蚀危害也越来越受到人们的关注。然而，由于空蚀机理的复杂性，准确预报空蚀风险依然非常具有挑战性。本文以NACA 0009三维扭曲水翼为模型，首先采用大涡模拟方法对绕模型水翼空化流动的非定常特性进行数值模拟，并与高速摄影结果进行对比分析，结果表明，数值模拟较好地捕捉到了空化流动的非定常行为特征。然后在分析单空泡溃灭模型的基础上，提出当地压强、当地压强变化率及壁面累积能量三个预报水翼表面空蚀风险的参数。通过为三个参数确定阈值，可以获得空蚀风险区域及相对空蚀风险强度。采用基于传质源项的表达计算壁面累积能量大小，避免了差分格式误差。结果表明：预报的空蚀风险区域与试验结果吻合较好；其预报的最严重的空蚀风险区域处于片空化脱落区域，与试验结果亦吻合较好。     

基于流场特征的扰流干扰性分析

船舶航行过程中,其与空气摩擦产生的气流对船舶航行会造成一定的干扰。而且流体在流动域内的湍流流动,一直都是一个非定常、三维、大尺度的复杂过程,这个过程中的流动十分不稳定,流速发生微小的变化就容易使流场变得紊乱和复杂。目前湍流模型大致可分为4类,即常规模型、BSL模型、SST模型和Reynolds Stress模型,这些模型为船舶的扰流干扰性分析提供了有力工具。以货船为例,基于流场特征,从湍流模型入手对其扰流干扰性展开分析,为船舶的安全航行带来一定参考。     

非均相流模型在非定常空化流动计算中的应用及评价

文章评价了非均相流模型在非定常空化流动中的应用。分别采用均相流和非均相流模型,对绕水翼的非定常空化流动进行了数值计算,并与实验结果进行了对比。结果表明:相比常用的均相流模型,由于考虑了相间作用,应用非均相流模型计算得到的结果可以较好地预测附着空穴非定常发展过程,精确捕捉到反向射流的发展和更清晰的水汽界面;非均相流模型能较好地模拟大尺度空泡团的周期性脱落,同时能更好预测流体动力特性的非定常变化。     

燃气轮机轮盘和叶片振动特性的多通道无线电遥测

在运行条件下实测燃气轮机轮盘和叶片的振动特性,是燃气轮机参数测量中最困难的问题之一。哈尔滨船用锅炉透平研究所近年来研制了高温应变片、测试环境的保护监控装置以及八通道动态应变遥测仪,并对一台大功率船用燃气轮机动力涡轮盘和叶片的振动特性进行了测试和研究。结果表明:其振动特性与理论计算基本上吻合。     

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。     

柴油机大功率双转子气动马达的优化设计与实验分析

以2.2 kW、15 kW等双转子气动马达的设计为例,针对齿轮式气动马达的结构特点,采用多目标函数对其齿轮转子进行了计算机优化设计,得出了可靠合理的设计参数。同时对2.2 kW气动马达的性能进行了实验分析,并对气动马达的气流通道设计作了初步的分析、探讨。为今后更大功率的气动马达的设计使用提供参考。     

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。