给水泵汽轮机的气动分析

对给水泵汽轮机进行了整级的三维粘性流的数值模拟,揭示了该汽轮机存在的气动问题,在第一列动叶栅前缘流场区域会产生激波和普朗特-迈耶波,影响机组的性能．     

发电用汽轮机配汽方式改造与试验

双列调节级在低负荷工况下的汽流弯应力是叶片强度振动的重要因素之一。本文分析了汽流弯应力的影响因素以及不同配汽方式对汽流力的影响。为降低动叶的汽流力,提出对发电用汽轮机配汽方式的改造方案。在第4、第5组阀不变的情况下,对前3组调节汽阀进行了重新设计,得到了改造后的流量特性。为验证配汽方式的改造效果,对发电用汽轮机进行了不同负荷下的试验研究。试验结果表明,调节汽阀流量特性、喷嘴前压力等参数的试验值与计算结果一致性较好,说明计算方法是合理准确的。通过对汽轮机调速性能的试验研究,得到了改造前后调速性能的差异,结果表明配汽方式的改造不会对汽轮机调速控制系统带来明显影响,可满足设计要求。     

轴流压气机叶片液滴磨蚀研究

进气冷却和湿压缩是增加燃气轮机功率简单且有效的方法,雾化液滴对压气机叶片的磨蚀影响不容忽视.本文采用Fluent流体计算软件的磨蚀模型研究叶片的雾滴磨蚀问题,对六级压气机流道进行二维数值模拟,结果表明磨蚀主要发生在前三级,在动叶吸力面上比较明显,第一级动叶靠近前缘吸力面处磨蚀量最大,后几级磨蚀量很少.同时分析了喷水量、...     

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。     

固定叶轮水动力性能数值分析

为研究螺旋桨后固定叶轮的节能效果,采用计算流体力学(CFD)方法对螺旋桨与固定叶轮进行仿真模拟。计算域划分为螺旋桨小域、叶轮小域、外部大域等3个区域,三者均采用结构网格。计算域整体为圆柱形区域,与螺旋桨同轴,靠近螺旋桨与叶轮区域网格加密,来流采用均匀流,分别改变进速系数、螺旋桨与叶轮距离以及叶轮叶数等参数,依计算结果选取最优解并按照加法原则划分并在计算过程中增减工况。分析认为:在距离为0.7D、进速系数1.0、叶轮叶数5叶时,节能效果最佳;同等情况下,效率较不加叶轮提高9.46%。     

用摄动法按N～S方程计算分离流及其试验验证

本文根据摄动理论中的Plindstedt——Poincare方法,提出了一种在规则边界面上具有弧立突体的湍流场计算新方法,即在突体附近的规则边界流动区域进行局部坐标摄动变形,然后利用不可压粘性流体流动的有限元法求解N～S方程.该方法成功地模拟了二维等腰三角形弧立突体后不恒定分离流的回流,通过与相平行的试验结果比较表明,两者吻合良好.     

某汽轮发电机组复速级第二级动叶片断裂故障分析

某汽轮机3片复速级第二级动叶片发生断裂故障,经宏观检查、叶片材料性能分析、有限元分析及疲劳寿命对比分析发现,叶片根部倒圆加工尺寸偏小和叶片材料夹杂物局部偏聚是导致叶片疲劳断裂的主要原因,经提高叶片材料夹杂物等级和叶根倒圆加工精度,重新定做并更换叶片后,机组连续运行结果表明,机组运行正常,故障消除。     

某船用汽轮机组围带进汽边局部碰擦问题分析与处理

某船用汽轮机组在额定转速下运转时出现故障。通过拆除检查,发现围带进汽边出现了局部碰擦问题。首先,复速第二级围带与转向导叶环有碰擦;其次,压力第二级围带与隔板有碰擦;再者,压力第一级围带与隔板有轻微碰擦,且压力第一级围带上一个铆接型孔处有一条小裂纹。经过排查,发现此次故障主要原因是隔板焊缝制造和围带装配存在误差。在对隔板焊缝进行加工处理并更换叶片围带后,机组验证试验正常,故障消除。     

动波壁圆柱流场的数值模拟与减阻机理

利用计算流体力学软件Fluent开展动波壁圆柱绕流的数值计算,建立二维运动波浪壁圆柱模型。在来流速度u=0.005 m/s、雷诺数Re=500的情况下,开展动波壁波动速度c=0,0.005,0.01,0.015,0.02,0.025,0.03,0.04 m/s等8个工况的计算分析,并比较不同波动速度对流场结构、升力、阻力特性的影响。结果表明:动波壁圆柱能有效抑制流动的分离,消除交替脱落的尾涡,减阻效果突出;随着波动速度的增大,平均阻力系数呈明显下降趋势;当波速超过0.025 m/s时,阻力变为负值,即波动圆柱产生一定的推力。     

基于振动测量的船舶首侧推振动特征及原因分析

为分析某船首侧推振动强烈原因,采用正负螺距交替增加方案,在锚泊状态下测量首侧推的振动数据。振动速度随着螺距角的增加而变大,当螺距小于70%时,振动速度在桨叶叶频处幅值最大,随着螺距继续增加,振动速度幅值转移至低于叶频区域。首侧推桨叶进流均匀度与桨叶空泡是引起振动的主要原因。因首侧推导臂增加了桨叶负螺距时进流的不均匀度,造成负螺距时振动强度大于正螺距;数值模拟结果显示,70%螺距时,桨叶叶梢区域存在明显空泡,随着螺距的增加,空泡逐渐向叶背区域扩展。根据振动测试分析结果,新设计船舶应优化设计进流条件,增加进流的均匀度。适当选取额定推力较大的侧推型号,以减小电机最大功率的桨叶螺距,降低空泡激励的振动。     

船用汽轮机空心叶片除湿特性数值分析

通过数值仿真对船用汽轮机低压级空心叶片区域的水滴运动情况进行计算,分析比较了在不同粒径和不同进口汽流速度情况下水滴的运动规律,并通过VOF方法揭示了槽内液膜的流动特征,得出采用空心叶片开槽是较好的除湿措施。     

沙质海岸破波带内底部离岸流及沙坝迁移数值模拟研究

建立了破波带内三维水动力泥沙数学模型体系,模型中同时考虑了波浪、波生底部离岸流、非粘性泥沙运动及地貌演变等动力机制。通过波浪水槽实验实测水、沙及地形数据验证,所建模式可有效模拟破波带内底部离岸流、泥沙运动过程及离岸沙坝的随时间迁移规律。模拟成果表明波浪破碎后引起的波生流系在破波带内形成一个时均垂向环流结构,其中底部时均流向指向外海,表层则指向近岸,靠近破波点处,底部离岸流的流速逐渐降低。在时均垂向环流体系的输送下,破波带内被波浪掀起的床面泥沙在底部离岸流作用下持续向外海输送,并在破波点附近堆积形成沙坝。沙坝的形成改变了局部波流场结构,在波浪的持续作用下逐渐向外海运移直至剖面达到基本平衡。     

表面开孔水下回转体流噪声数值模拟

采用大涡模拟湍流模型模拟表面开孔水下回转体在一定来流速度下非定常流体力学现象,分析了开孔附近的精细流动结构及时频特性.结合边界元方法(BEM)模拟流噪声的频域特征,分析了噪声空间分布及指向性特点.结果表明,表面开孔对流场的影响主要发生在前部几个开孔,舱内流体与主流在这几个开孔中发生质量交换,在舱内前部发生明显的掺混.前部开孔的压力脉动主要来自于开孔壁面的非定常涡脱落;中部及后部开孔对壁面压力脉动影响较小,主要脉动频率为回转体尾涡脱落频率.回转体总噪声级具有明显指向性,沿垂直开孔矢量方向较大,回转体上表面方向噪声级普遍大于下表面方向噪声级,且正上方及正下方噪声级较低,总噪声级沿不同指向相差不大.     

宽大隧道式的船型

宽大隧道式船型与所谓“泰尔登”(Teltow)船型都是二次大战期间的产物,是属于整体坠道式类船型。过去由于专利权的关系,大家对这些船型的了解不够。图1,2,3及4即为此类船型的简图。此类船型水下部份的流线流过情况必须予以注意,使流至推进器处的大部份水线都可以避免走重复环绕肋骨或后部船体的弯路。如图2中的隧道,在艏部就开始,经船体中部水下的两侧,到船后形成一个庞大容积的隧道。     

基于RANS方法的导管推进器梢隙流动数值模拟北大核心CSCD

以导管推进器为研究对象,采用雷诺时均纳维斯托克斯(RANS)方法对其梢隙流动进行数值模拟研究。通过对网格类型、湍流模型的适用性研究以及对梢部流场的研究探讨,初步建立了基于RANS梢隙流动的数值模拟方法;数值计算结果与实验结果吻合较好。对比分析发现,结构化网格与非结构化网格相比能捕捉到梢隙流动中更加细节的流场信息,如壁面边界层流动等,更适合于梢隙流动的数值模拟。3种湍流模型SST?k-ω,RNG?k-ε及RSM的计算结果基本一致,都能有效模拟梢隙流动。通过间隙区域流场分析发现,梢隙流动的驱动力主要是叶面与叶背之间的压差,受壁面边界层流动的影响。流体进入间隙时流动分离形成间隙分离涡,间隙泄漏流穿过间隙与吸力面侧流体相互作用,卷起形成梢隙涡,在约37.5%弦长位置处形成并附着在桨叶壁面发展,大约在75%弦长位置与桨叶分离进入尾流场中。研究获得了梢隙涡的起始、发展、脱落的变化过程。     

基于RANS方法的导管推进器梢隙流动数值模拟

以导管推进器为研究对象,采用雷诺时均纳维斯托克斯(RANS)方法对其梢隙流动进行数值模拟研究。通过对网格类型、湍流模型的适用性研究以及对梢部流场的研究探讨,初步建立了基于RANS梢隙流动的数值模拟方法;数值计算结果与实验结果吻合较好。对比分析发现,结构化网格与非结构化网格相比能捕捉到梢隙流动中更加细节的流场信息,如壁面边界层流动等,更适合于梢隙流动的数值模拟。3种湍流模型SST?k-ω,RNG?k-ε及RSM的计算结果基本一致,都能有效模拟梢隙流动。通过间隙区域流场分析发现,梢隙流动的驱动力主要是叶面与叶背之间的压差,受壁面边界层流动的影响。流体进入间隙时流动分离形成间隙分离涡,间隙泄漏流穿过间隙与吸力面侧流体相互作用,卷起形成梢隙涡,在约37.5%弦长位置处形成并附着在桨叶壁面发展,大约在75%弦长位置与桨叶分离进入尾流场中。研究获得了梢隙涡的起始、发展、脱落的变化过程。     

海上浮式结构物的水动力仿真研究

基于粘性计算流体力学的方法建立三维数值波浪水池,模拟有限振幅波的传播,并计算三维球体在规则波环境下所受的波浪力。采用两相不可压的RANS方程求解非定常不可压缩粘性流体,并采用流体体积函数(VOF)法对自由面进行动态模拟。通过编写用户自定义函数(UDF)设置边界入口速度和波高,实现在波浪水池尾部1~2倍波长区域消波,最终求出有限振幅波的模拟结果以及规则波中三维球体所受的波浪力,该结果与势流理论边界元法得到的结果在趋势上吻合良好。该研究方法为模拟分析其他海洋结构物在波浪中的水动力奠定基础,丰富与扩展了数值波浪水池的应用。     

基于VOF方法的不规则波数值波浪水槽的阻尼消波研究

对基于VOF方法的不规则波数值波浪水槽进行了阻尼消波研究。在水槽右端的出流边界处,设置了一定长度的海绵层来吸收波浪,海绵层的衰减系数采用线性分布的形式。通过不同入射波参数的数值计算结果,比较了不同形式的衰减系数和参数的海绵层消波效果,给出了对应不同波要素范围的海绵层参数取值范围。对浪高仪位置处波面历时采用两点法进行了分离,波浪的反射率满足计算要求,给出了数值水槽中不同时刻波面高度空间分布情况,应用快速傅里叶变换得到计算波谱,计算波谱与靶谱吻合较好,计算结果表明所采用的海绵层阻尼消波是一种很好的边界处理方式。     

二级沙波水流特性的大涡模拟

采用FLuent软件平台大涡模拟方法(LES)对二级沙波水流特性进行数值模拟,进出口边界采用周期性条件以模拟一系列沙波。通过与水槽试验数据对比发现,模拟计算结果与试验数据吻合较好,在此基础上对3种不同水平位置处的二级沙波进行模拟。计算结果表明:当二级沙波距一级沙波波峰较远时,二级沙波对一级沙波起遮掩作用,使得一级沙波回流区范围减小,垂向负流速区更加接近一级沙波波峰,同时二级沙波背流面的水流会对一级沙波迎流面形成侵蚀,进而减小一级沙波尺度;当一、二级沙波接近融合或融合时,两者之间的非线性相互作用使得回流区范围扩大,紊动增强。Q准则等值面显示,二次沙波的叠加增强了沙波涡旋结构的尺度和强度。     

基于摇板式造波机的无反射造波仿真

在海洋工程水池试验中,造波机与模型之间的二次波浪反射严重影响试验结果的准确性和可靠性。在势流理论的基础上,采用边界元法建立了二维线性数值波浪水池。通过数值模拟结果与解析解的比较,证实该数值波浪水池的适用性。采用全相位频谱分析方法作为水动力反馈,对入射和反射波进行分离,以分离的反射波信号控制摇板运动以达到吸收二次反射波浪的目的。在此基础上,对摇板式造波机在数值波浪水池中进行了无反射造波仿真试验。仿真结果表明,采用无反射造波后,能有效减弱波浪的二次反射。