高速叶栅在低速状态下的叶型设计及差异研究

基于试验成本等原因,常需要把工作在高马赫数下的叶片放到低速风洞进行吹风试验获得叶型的基本气动参数,这样就需要对叶型进行重新设计来弥补由于高低速气体压缩性改变导致的变化。本文对具有高升力系数的低压涡轮叶片T106A进行重新设计,使其在低速状态下能够匹配在高速流场中的载荷分布。在进行叶片的再设计过程中,采用改进全局优化遗传算法。在获得叶片中径位置匹配的同时,对叶顶间隙处的高低速流场进行对比分析,提出对于叶顶间隙处匹配的相关方法。     

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.     

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。     

水翼叶顶间隙漩涡空化流动特性研究

采用试验的方法研究了不同空化数下水翼叶顶间隙区域漩涡空化流动的发展变化。试验在闭式空化水洞中进行,采用高速全流场显示技术对空化流场进行观测,并采用图像处理技术对试验结果进行处理,提出空化涡模型,阐述了涡空化的发展规律。研究结果表明:随着空化数的降低,叶顶间隙漩涡空化的发展主要经历如下三个阶段:(I)泄露涡内部空化初生阶段:在水翼中部附近产生游离状空化,向下游运动并迅速溃灭消失。(II)叶顶间隙内部附着空化发展阶段:涡空化逐渐发展并向水翼尾缘延伸,空化涡带呈螺旋状非轴对称旋转;叶顶位置压力面中部附近开始出现片状附着型空化,并体现出强烈的非定常特性。(III)射流剪切层内部空化形成阶段:涡空化延伸至水翼下游;叶顶附着空化充分发展,充满间隙并形成射流剪切层空化,和空化涡带共同形成三角状空化结构。     

叶顶间隙与轴向间距耦合对喷泵流场影响的数值分析

以某艇用喷泵为研究对象,取1mm和1.5mm两种叶顶间隙以及5.6mm、11.2mm、16.8mm三种叶轮-导叶间距耦合,采用剪切应力湍流模型基于CFX软件进行多种流量工况下的流动模拟,分析不同耦合情况对喷泵流场的影响。结果表明:不同的耦合情况均对流场产生明显影响。耦合情况为1-16.8时,喷泵效率最高达到85.08%,相对提升4.44%;耦合情况为1.5-5.6时,吸力面负压区域减少,有利于叶片表面静压分布,但叶轮区域内泄漏流与主流的混渗效应加强;叶顶间隙变大会削弱轴向间距变化对叶顶间隙压差造成的影响。文章从耦合的角度分析,较仅考虑单一因素更为全面。分析结果对于喷泵设计及使用过程中性能变化的分析有一定参考价值。     

改良楔形叶片旋转空化器水动力学特性数值模拟分析北大核心CSCD

[目的]旋转空化器是通过高速旋转的叶片在水中产生超空泡来满足不同工程实际应用需求,有必要对叶片形状进行改良设计以提高其工作性能,探究叶型改良对空化器水动力学特性的影响。[方法]首先,针对旋转空化器楔形叶片的原始叶型进行改良设计,建立叶片改型前、后旋转空化器的三维几何模型;然后,基于ANSYS Fluent软件对原始叶型和改良叶型空化器在不同转速下的自然空化流场开展数值仿真计算;最后,根据计算结果对二者的水动力学特性进行对比分析。[结果]结果显示,相比原始叶型,改良叶型产生的空泡除存在于叶片出口边外,还可以存在于副进口边,这两部分的空泡会随着转速的升高而逐渐连接成一个整体,因而改良叶型空化器产生的空泡尺寸更大,产生的自然空化更强;改良叶型在叶根处产生的空化效应较强,而原始叶型在叶尖处产生的空化效应更强;当转速较高时,改良叶型产生的空泡会与旋转空化器装置的四周壁面接触,导致空泡尾部形态沿半径呈直线型变化。[结论]所做研究可为旋转空化器的设计和应用提供重要参考。     

燃气轮机高压涡轮叶顶间隙变化规律的有限元分析

高压涡轮叶顶间隙会直接影响到燃气轮机的功率、效率、油耗和寿命。利用有限元等软件,建立了叶片、轮盘和机匣外环的实物模型;通过热结构耦合分析,计算得到各自在温度场和离心力场作用下的径向位移,进而得到叶顶间隙变化规律,并进行了分析。计算结果表明:温度场变化是引起叶片和轮盘径向变形的主要因素;离心力对轮盘径向变形的作用比对叶片径向变形的作用要显著得多;热和离心力变化是间隙变化的两个主要因素;叶片、轮盘和机匣的热响应不一致以及离心力对转子的拉伸作用导致其径向膨胀变形不匹配,进而引起间隙变化;快速增减速度对间隙的影响最为明显。     

大型船用轴流风机流场数值仿真及其气动噪声源特性研究

基于Realizable k-e双方程湍流模型,利用CFD软件建立了某型船用轴流风机内部流场的仿真模型,分析了转速1460rpm时,不同工况下轴流风机出口压力和效率随流量的变化关系,深入研究了叶轮区域的气体流动的压力和速度的分布、形成过程及相互关系。分析发现,在叶片叶顶区域,由叶顶间隙涡形成的叶顶间隙噪声是该轴流风机的主要气动噪声源;湍流强度与声功率级具有较为一致的分布趋势,湍流强度是影响噪声分布的重要因素。研究结果对分析大型船用轴流风机气动噪声产生机理具有参考价值,并为降低其噪声提供依据。     

叶片厚度对喷水推进轴流泵空化性能的影响

采用三维雷诺平均N-S方程和标准k-ε湍流模型对不同叶轮叶顶厚度参数的喷水推进轴流泵流场和性能进行数值仿真.计算中选取的叶顶厚度参数分别为叶顶最大厚度(3mm、5 mm、7 mm和9mm)和不同叶顶最大厚度位置(20％c、40％c、60％c和80％c).计算结果表明:在小流量工况下,随着叶顶最大厚度的增加,水力效率上升;当流量超过444 kg/s时,水力效率下降,且在相同的流量下,最高效率点下降,抗空化性能下降;随着叶顶最大厚度位置向后移动,喷泵最佳工况区域向小流量方向移动,且最佳工况区范围变窄;当最大叶顶厚度位置靠近进出口位置时,叶片进口侧靠近叶根区域易产生局部空化.由此可知,选择合理叶顶最大厚度位置,可有效提高抗汽蚀特性,避免发生局部空化.     

机匣梯形篦齿对带冠涡轮气动性能的影响

应用数值方法对某两级带冠涡轮的流场进行模拟。基于原叶冠结构,增加叶顶间隙设计值,减小叶冠上的篦齿与机匣发生磨碰的可能性,并在机匣内壁设置梯形篦齿与原叶冠上的篦齿形成交错型篦齿结构进行密封。研究结果表明:机匣梯形篦齿的设计改变了叶冠顶部泄漏流流场结构,提高了叶冠的密封性能,改善了涡轮的气动性能;不同工况条件下交错型篦齿比原结构的涡轮效率提高了0.5%左右。     

基于新型磁链观测器的无速度传感器感应电机控制技术研究

提出一种由补偿式的二阶带通滤波器电压磁链观测模型,基于该补偿电压模型,构成新的磁链估计器.为了解决磁链观测器多平衡状态的问题,提出以提高磁链估计精度的方法、对不同类型感应电动机磁通观测器的控制技术进行研究.对传统的模型参考自适应速度估计方法进行改进,基于补偿式二阶带通滤波器电压磁链观测模式作为参考模型,速度估计的精度提高.同时对基于新型磁链观测器的无速度传感器感应电机控制技术进行研究,然后通过仿真验证.     

现代高速舰船推进主机的选择研究

高速和中速柴油机都可作为高速舰船的动力,近年来高速机的应用在不断增加。本文从尺寸、重量、集装性、航速范围、加速性和推进性能等方面对两类机型进行讨论,为高速舰船主机的选择提供比较的视角。     

我国水上高速客运航线的船型与高速船市场

我国高速船航运事业发展十分迅猛。长江、珠江、黑龙江水系及渤海湾约七十多条高速船航线共200多艘高速船投入航行。本文介绍了高速船船型的分类及船型特点．并对国内航线上使用的各型高速船作了专门的剖析。结合我国国情．对高速船的初投资、营运成本、适航任能进行分析比较，同时对进口高速船与国产高速船进行综合评估。文章回顾了我国高速船和航线发展的历史．对高速船市场作了论述。随着我国经济的发展．高速船市场前景诱人。国内高速船如何抢占这个市场．作者进行了分析与探讨。     

滑行艇高速航行时的数值模拟(英文)

Planing vessels are applied widely in civil and military situations.Due to their high speed,the motion of planning vessels is complex.In order to predict the motion of planning vessels,it is important to analyze the hydrodynamic performance of planning vessels at high speeds.The computational fluid dynamic method(CFD) has been proposed to calculate hydrodynamic performance of planning vessels.However,in most traditional CFD approaches,model tests or empirical formulas are needed to obtain the running attitude of the planing vessels before calculation.This paper presents a new CFD method to calculate hydrodynamic forces of planing vessels.The numerical method was based on Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) equations.The volume of fluid(VOF) method and the six-degrees-of-freedom equation were applied.An effective process was introduced to solve the numerical divergence problem in numerical simulation.Compared with experimental results,numerical simulation results indicate that both the running attitude and hydrodynamic performance can be predicted well at high speeds.     

兼顾效率与空泡性能的桨叶剖面自动优化设计

引入数学上的 NURBS曲线来表达翼型几何,成功实现翼型几何的自动变形与重构;之后借助于Isight优化平台,集成CFD技术构建二维翼剖面的多目标自动优化设计流程;并选择NACA 661-212翼型为设计对象,在兼顾效率和空泡性能的前提下,以升阻比和最小压力系数为设计目标进行优化设计,最终得到在相应设计点处两目标均有改善的翼型。该结果表明此设计方法的可行性,对推广至三维螺旋桨的优化设计提供一定的借鉴经验。     

高速旋回潜体对差动舵角运动响应研究

分离式舵不同操舵方式可产生差动舵角,目前,针对差动舵角对高速机动潜体的旋回运动特性研究尚未完全展开。为此,本文以分离式舵6DOF运动方程为基础,研究差动舵角对高速旋回潜体运动姿态、特别是横倾的控制能力,比较不同差动舵角对潜体定深、变深运动姿态的影响。研究结果表明,差动舵角对于潜体高速旋回时的运动姿态、特别是横倾有较强的控制、抑制能力。     

高密度中低速全垫升气垫船越峰问题的探讨与实践

1吨级试验艇属于高密度中低速气垫船,其与气垫密度成平方关系的阻力峰值较大而设计推力相对较小,经采取措施解决了越峰困难问题。原阻力计算方法在阻力峰值处的计算结果不够精确是原因之一,故根据移动压力面兴波理论编制了直接计算兴波阻力的程序,使计算越峰所需推力更接近试验结果。理论计算与工程实践表明,在设计高密度中低速气垫船时需特别关注越峰性能校核,建议第一阻力峰处设计越峰裕度在原计算方法基础上应修正至不小于30%为宜。     

绞吸船吹填中粗砂泥泵节能运行转速

大型绞吸船吹填中粗砂施工,难以确定最优的输送施工参数和泥泵机组转速.针对目前常用的计算公式对非均质中粗砂浆体水力输送计算精度不足的问题,采用实际施工参数对计算公式进行拟合修正,实现泥浆输送施工参数的精确计算.同时通过泥泵机组运行功率计算分析,确定了最经济输送施工参数条件下泥泵机组的低功耗运行转速.转速特征是在既定的泥浆流速、浓度和泥泵机组总扬程条件下,水下泵采用低转速、甲板泵采用高转速,有利于降低输送施工能耗.     

穿浪双体船总体设计载荷研究

为了比较分析不同高速船规范的适用性,根据DNV、ABS、CCS和LR规范中关于高速双体船波浪载荷的评估方法,分别对一高速穿浪双体船进行了总体波浪设计载荷的评估。同时对该穿浪双体船进行了水池模型试验,包含规则波与不规则波的试验。试验对该双体船的纵垂向弯矩、横垂向弯矩、横向扭矩和纵摇有关扭矩进行了测量,分析了其传递函数和统计特性。根据对纵垂向弯矩、横垂向弯矩、横向扭矩和纵摇有关扭矩在规范与试验之间的比较分析表明,DNV规范中关于该穿浪双体船总体波浪设计载荷的评估与模型试验值最接近,CCS规范次之,ABS和LR规范中关于该穿浪双体船的总体波浪设计载荷的评估值较试验值大很多,尤其是横向波浪设计载荷的评估。通过对规范计算的总体波浪载荷与模型试验结果及其推断值的比较分析,进一步明确了现行规范对该双体船波浪设计载荷评估的适用性:采用DNV和CCS规范对该双体船进行结构设计是合理的;采用ABS和LR规范将偏于安全和保守。     

考虑航行姿态变化的的高速船阻力性能预报

为了精确获得高速船的航行阻力,计及航行姿态变化对其阻力的影响。基于CFD理论,本文通过耦合求解计及黏性的RANS和船体运动方程的方式实时预报船体受力,船体根据受力进行姿态调整,最终达到平衡,以此预报船舶在高速运动稳定后的航行姿态及阻力。并将一系列的数值计算结果与试验数据对比分析,数值计算结果和实验数据吻合良好。船舶设计工作者可以参考数值计算结果辅助船体型线设计,其具有重要的工程应用价值。