机车用轴流式风机性能测试与数值分析

为探求某机车用轴流式风机的系统性能,对不同工况下带有前后导叶的该风机内部流场进行了数值仿真.模拟结果表明,在叶片转速不变情况下,随着气体流量的增加,叶片的气动压力增加,功率增大,风机的效率也随之提高;在气体流量保持不变时,随着叶片转速的增加,叶片的气动压力增加,功率增大;当风机出口存在阻力时,则叶片的气动压力增加,功率也增大.研究还表明,叶片两侧的最大气压差可达10 500 Pa以上,高速旋转时对叶片有一定危害.计算结果与试验测试结果的对比表明,二者吻合较好.     

地铁车辆辅助变流器的气动噪声研究

为了解决地铁车辆辅助变流器噪声超标1.5 dB（A）的问题,基于数值模拟和噪声测试相结合的方法,对辅助变流器的气动噪声特性进行了分析. 首先通过大涡模拟计算辅助变流器的气动噪声源,然后基于声类比法计算气动噪声源在流道和外部空间的声传播,最后分析风机与流道的涡流和噪声分布云图,对比各测点声压级频谱仿真和试验结果的变化趋势. 研究结果表明:在距离出风口0.4 m处仿真和试验的峰值频率均为290 Hz,量值仅相差5%,说明仿真方法正确可行;风机进口速度不均匀度过大、风机叶片涡流过多是导致风机噪声过大的原因;通过在风机进口增加方形整流网,改善了风机进口速度不均匀度,减少了风机叶片涡流,实现相同测点总声压级降低2.5 dB（A）.      

高速列车受电弓气动噪声特性分析

为研究高速列车受电弓气动噪声源分布及频谱特性,利用计算流体力学原理对高速列车受电弓流场进行计算,获得了受电弓表面脉动压力;在此基础上,利用FW-H方程计算高速列车受电弓远场气动噪声.计算结果表明:高速列车受电弓远场气动噪声具有较为明显的指向性,其指向性基本上不受列车速度的影响;远场监测点总声压及在10~20附近达到最大.受电弓气动噪声的总声压级随着列车速度的增加而显著增大;受电弓远场气动噪声具有明显的主频,且随着列车速度的增加,远场气动噪声的主频也增大;受电弓顶部横梁是引起受电弓气动噪声的主要因素.      

气动翼对高速磁悬浮列车升力特性的影响

磁悬浮列车高速运行时受到较大气动升力作用,尤其是尾车向上的气动升力较大,易使悬浮性能恶化,甚至导致悬浮控制系统失效,影响列车的乘坐舒适性及运行安全性,因此亟待开展高速磁悬浮列车的尾车升力特性研究及改善工作. 对开展过风洞试验的高速磁悬浮列车进行数值模拟计算,得到的列车表面压力系数与风洞实验数据吻合较好,并加装气动翼改善高速磁悬浮尾车气动升力,研究了气动翼角度、数量对尾车气动性能的影响. 研究结果表明:仅安装一个气动翼时,其自身的气动升力随角度的增加而减小,但尾车气动升力则呈现先减小后增大的规律,气动翼角度为12.5° 时尾车升力最小,与原始磁悬浮列车相比气动升力系数减小3.9%,气动翼及尾车气动阻力略有增加;以气动翼与车体切线角度保持不变为基准在尾车安装多个12.5° 气动翼,不同位置气动翼的气动阻力基本相同,气动翼数量增加后尾车气动阻力随之增大;不同位置气动翼的气动升力存在差异,向鼻尖方向气动翼的气动升力递减,尾车气动升力随气动翼数量增加先减小后趋于稳定;各方案中安装2个气动翼的磁悬浮列车气动性能相对更优,与原始磁悬浮列车相比尾车气动升力减小4.6%,整车阻力仅增加1.4%.      

3MW风力机叶片的气动特性

建立3MW风力发电机叶片的三维内、外流场模型,运用流体仿真软件Fluent仿真分析在随机风速下,叶片周围气动流场状态.对叶片进行优化设计,通过对比分析叶片截面和叶片表面的流体流态,发现在随机风速作用下优化后的叶片的失速程度有明显的降低,表明优化后的叶片气动性能显著提高.为分析叶片优化后风力机的功率特性,采用动力学分析软件Simpack建立风力发电机的整机模型,联合Turb Sim生成风文件对叶片加载,仿真分析得到风轮的功率,分析结果表明风力机功率达到设计要求.     

喷水推进轴流泵三元水力设计

基于环量的三元设计方法和计算流体动力学,研究了叶片数、叶片流向环量中心位置与叶片出口边环量对叶轮性能的影响,分析了导叶进口边和出口边环量对喷水推进轴流泵性能的影响,通过合理地控制这些因素,设计了一种效率高、空化性能好的喷水推进轴流泵。在流量为56.2m3·s-1时,泵的扬程为35.9m,功率为21 465kW,效率为92.3%,可见,设计泵的性能优良,效率高。研究结果表明:增加叶片数能够有效减小单叶片转矩,当叶片数从5个增加到7个时,单叶片转矩减小了21%;叶片环量中心靠近出口边,有利于提高叶轮的空化性能,当环量中心从叶片弦长的0.3处移动到0.7处时,叶轮吸力面空化面积减小80%;叶轮出口边环量斜率会影响叶轮效率,当斜率分别为0.8、1.0和1.2时,叶轮效率逐步提高;当出口边环量从0.40增加到0.50时,叶轮的扬程和功率近似线性增加,扬程增加19.9%,功率增加19.5%;随着导叶进口边环量与出口边环量的比值的增大,泵效率先增大后减小,当比值为0.93时,泵的效率最高;导叶出口边环量分布会影响泵的效率、出口不均匀度和出口周向动能,当导叶出口边环量为-0.05时,泵的效率最高,出口不均匀度和出口周向动能最小。     

ICP-PECVD法制备类金刚石膜

以CH4为放电气体,利用电感耦合等离子体化学气相沉积(ICP-PECVD)法制备了类金刚石薄膜,使用.FTIR、AFM、台阶仪对薄膜进行r表征,并对薄膜的沉积过程进行了光谱诊断(OES).研究了射频功率和基底在放电腔体中的佗置对薄膜表面粗糙度、沉积速率和硬度的影响.实验结果表明:A位置处薄膜粗糙度随着功率的增加先减小后增大,随着射频功率的升高,薄膜的硬度逐渐增大,沉积速率先增大后减小,而薄膜硬度和沉积速率都随着与线圈中心距离的增加而减小.光谱诊断结果显示,随着功率的升高,Iβ/Iα和CH的强度呈增大趋势.结合上述研究结果,分析了影响薄膜生长的多种因素.     

变频调速异步电动机的转差率

以异步电动机机械特性曲线为基础，分析了变频调速异步电动机在拖动恒转矩负载、恒最大转矩负载、变转矩（非风机和泵类）负载、恒功率负载以及风机和泵类负载时，转差率随频率变化的规律．给出了在不同性质的负载和频率条件下，电动机的转差率和转速的计算公式．研究表明，变频调速电动机的转差率随频率的变化而变化．本研究的结论否定了变频调速电动机转差率不变的观点．     

轮缘推进器水润滑橡胶弹支可倾瓦推力轴承均载特性

为了探讨船舶轮缘推进器(RDT)橡胶垫支撑水润滑推力轴承的均载特性,提出了推力轴承均载特性参数测试方法;在多功能立式水润滑试验台上,以用于RDT的内径124 mm、外径196 mm水润滑橡胶垫支撑推力轴承为试验对象,在盘面上选取轴承平均半径的截面,对称布置1个微型压力传感器和1个微型温度传感器,随着轴一起旋转,采用无线遥测技术分别获取全瓦水膜压力分布和推力盘温度;通过预设瓦块高度差和推力盘静态倾斜量模拟偏载的情况,研究了载荷和转速变化对试验轴承水膜压力分布、摩擦因数和推力盘温度的影响规律。研究结果表明:弹支的均载效果会随着工况的变化而变化,当转速不变时,载荷增大会增加各瓦橡胶垫的变形,从而增强均载效果;而推力盘倾斜程度会随着转速增加而增强,从而加剧了瓦块载荷的不均性;开展RDT橡胶弹支可倾瓦结构均载设计时,除了考虑推力盘和瓦块不平的制造和安装因素,还需考虑轴承的转速和载荷;从轴承各瓦压力分布随工况变化的关系看,在转速为100 r·min-1、载荷为0.35 MPa时,轴承接触承载比例升高,因此,水膜压力测试为判别轴承润滑状态提供了一条新途径。      

强降雨环境下高速列车空气动力学性能

为研究强降雨对高速列车空气动力学性能的影响, 利用Euler-Lagrange方法建立了强降雨环境下高速列车空气动力学计算模型; 空气建模为连续相, 采用Euler方法描述, 雨滴建模为离散相, 采用Lagrange方法描述, 并采用相间耦合方法对降雨环境进行模拟; 分别开展列车气动性能计算及雨滴降落仿真, 并与试验数据进行对比, 验证计算方法的准确性; 数值仿真了强降雨环境下高速列车的流场结构和气动特性。计算结果表明: 随着降雨强度的增加, 在雨滴的冲击作用下, 流线型头型前端区域的正压逐渐增大, 流线型头型后端区域的负压逐渐减小, 从而导致头车气动阻力增大; 降雨强度对高速列车头车气动阻力系数的影响较为显著, 而对气动升力系数的影响较小; 与无降雨环境相比, 当降雨强度为100~500 mm·h-1时, 200 km·h-1车速下的气动阻力系数增加0.004 0~0.020 4, 气动阻力增加85~432 N, 增大率为2.64%~13.46%;300 km·h-1车速下的气动阻力系数增加0.002 7~0.013 7, 气动阻力增加129~652 N, 增大率为1.78%~9.05%;400 km·h-1车速下的气动阻力系数增加0.002 3~0.009 8, 气动阻力增加195~829 N, 增大率为1.52%~6.49%, 因此, 不同车速下, 气动阻力系数随着降雨强度的增加而增大, 且与降雨强度近似呈线性关系; 当车速为300 km·h-1, 降雨强度为100 mm·h-1, 雨滴粒径由2 mm增加为4 mm时, 气动阻力系数由0.152 0增大到0.154 9, 气动阻力增加138 N, 增大率为1.91%, 因此, 高速列车气动阻力系数随着雨滴粒径的增加而增大, 且与雨滴粒径近似呈线性关系。