船用柴油机余热发电透平内部流场分析

针对船用柴油机在船舶节能减排方面的重要作用,提出通过余热发电透平回收船用中速柴油机的废气余热。采用数值模拟方法对动力涡轮进行内部流场分析,为余热发电透平的设计优化和应用提供参考。透平流场数值模拟结果表明:蜗壳和叶轮的整体流动状态良好,但动叶入口处存在较大的攻角,出现小范围的流动分离;在动叶与静叶相对运动的影响下,不可避免地在部分动叶流道中出现涡流,导致压力和温度增大、流速下降。根据数值模拟结果对叶轮叶型进行优化,有助于进一步改善内部流场,提高余热发电透平的工作效率。     

气冷燃机涡轮叶片的气热耦合数值研究

为了实现燃机涡轮叶片气冷结构的设计和优化,利用绝热和气热耦合方法开展了气膜冷却效果的数值模拟研究;24核并行求解的方法提高了模型网格数目在107量级时的计算效率;对比分析了绝热和耦合计算方法中气膜冷却的效率和均匀性;利用耦合方法进一步研究了叶片尾缘的冷却方案以及冷气进气压力对冷却效率的影响。研究结果对于涡轮叶片气膜孔、尾缘冷却结构的设计以及冷却气体进气压力的选择具有一定的指导意义。     

脉冲来流和激波作用下的涡轮流场

船用柴油机的工作特点使得废气涡轮增压器的进口气流出现周期性脉动特征，在脉冲来流和激波作用下涡轮的流场呈现复杂的非定常性。采用数值计算方法研究涡轮内激波的发展过程以及脉冲振幅和频率对涡轮性能的影响，结果表明：在脉冲振幅增大时，涡轮转静交界面附近的流动损失经历了尾迹、附面层、激波依次占主导的变化过程；当脉冲系数增大为0.7时，涡轮效率相比均匀来流降低了13.2%；在脉冲频率增大到15Hz时，叶轮叶片50%叶高处的时均载荷分布趋近于均匀来流，涡轮效率下降了7.4%。可见，脉冲振幅和频率的增大加剧了流动损失，进而导致涡轮效率降低。     

压气机叶片造型对强度性能的影响

在了解和总结压气机动叶结构强度设计和优化现状的基础上,针对给定的叶片造型,运用有限元法,对叶片进行静强度计算,并对叶片的模态进行分析。所取得的结果对压气机动叶强度优化设计具有理论意义和实用价值。     

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。     

船用汽轮机叶片叶根区域强度特性及设计改进

某船舶汽轮机压力级封口叶片采用变型设计,其使用销钉结构连接叶片叶根及轮缘,由于在变型设计中将增大叶片高度,可能出现强度不足的情况,因此采用三维有限元强度分析方法对其叶片、销钉区域应力进行计算,发现其叶根轮缘部位应力过大,存在一定的失效风险。文章提出了对销钉、叶根轮缘进行优化的多种改进结构,使用理论计算及有限元计算结合的分析方法,获得了最佳的设计改进方案,最终叶根局部区域的最大等效应力下降了43%,轮缘局部区域最大等效应力下降了23%,该叶片局部的优化改进措施提升了该汽轮机组运行的可靠性。     

6500m3/h绞吸船用泥泵四叶片叶轮研发

为适应绞吸挖泥船超长排距时的施工需要,在6500m³/h绞吸挖泥船原三叶片高效高压泥泵的基础上,保证叶轮外形尺寸不变、叶轮流道通过能力不下降的情况下,分别对叶轮轴面和轴面流线进行水力设计,设计叶轮为四叶片扭曲叶片,并结合数值模拟对叶片包角进行优化计算,确定叶片包角为138°。通过模型泵试验,对比测试与模拟计算结果,验证叶轮的水力性能。通过对比四叶片与原三叶片高效高压泥泵的性能参数,预测两者在不同土质、不同排距下的生产率与能耗情况。结果表明,四叶片泥泵扬程比原三叶片高效高压泥泵提高了18 m以上,最高效率达到86%,且通过球径均为425 mm;土质为0.2 mm细砂时,研发泥泵的生产率提高了9%以上,排距提高了14%以上,耗功最小值降低了约3.5%。     

新型高效扭曲叶片的叶轮研制

针对原泥泵叶轮采用柱形叶片,导致过流通道较小、泥泵效率低的问题,在不改变叶轮外形尺寸的前提下,设计一款扭曲叶片的三叶片叶轮,对不同叶片数的叶轮输送清水和泥浆进行水力特性试验,分析泥泵的清水特性和泥浆特性,并且将两款不同叶轮的性能进行对比。结果表明,新开发的扭曲叶片的叶轮最大过流通道的直径增加了40%,泥泵效率提高了10%。研究成果可为类似工程提供参考。     

基于人工神经网络和遗传算法的喷水推进泵叶轮和导叶匹配优化方法研究

为提升喷水推进泵的水力性能,对现有水力模型动叶轮和导叶体的叶片几何形状进行匹配优化设计。该文针对影响喷水推进泵性能的叶轮叶片载荷、导叶叶片载荷、积迭位置等参数,采用拉丁超立方抽样方法进行样本空间采样,应用RANS方程对各样本进行定常数值求解,得到泵的性能参数,基于人工神经网络,建立泵设计参数和性能参数之间的映射响应模型,并以效率最高为目标,采用遗传算法进行优化,获得性能优异的喷水推进泵水力模型。该过程迭代循环自动完成,可缩短水力模型的设计开发周期。结果表明：优化后,在保持泵扬程不变的情况下,内流场显著改善,计算设计点效率达到91.8%,经过试验验证后效率达到88.9%,高效区流量范围拓宽15%。     

喷水推进轴流泵的水力设计与空化特性分析（英文）

基于先进的叶片设计方法，本文采用NREC软件对喷水推进轴流泵（包括一排动叶和一排静叶）进行模型设计，进而采用标准k-ε湍流模型和混合多相流模型对其空化特性进行数值模拟，并借助“Schnerr Sauer”空化模型来探究空化导致扬程下降的机理。结果表明，随着有效汽蚀余量的减小，空化首先发生在叶轮进口端附近，然后向叶轮出口端、轮毂及相邻叶片方向扩展，其水汽混合混乱，反向回流而产生旋涡。另外，本文还研究了与泵内流场非线性耦合的叶片几何参数（叶片安装角、叶片拱度和叶片厚度等）对空化的影响规律。结果表明，叶片安装角减小或叶片拱度增加，空化面积将随之减小，这提高了喷水推进泵的抗空化能力，而叶片厚度对其性能影响不大。     

船用离心风机叶片开槽对气流流动特性的影响

提出船用离心风机叶片开槽处理技术,以改善叶轮通道气体流场。利用商用CFD软件,分别对某型离心风机原始叶轮和开槽叶片叶轮进行三维数值模拟,并详细对比分析了2种叶轮模拟结果。结果表明:开槽处理可抑制射流-尾迹现象进而减小由此引起的叶片尾缘漩涡,并减弱通道内漩涡,从而提高通道内流场稳定性,增加通道流通面积,并且在一定范围内提高叶轮性能。     

基于H-L法的涡轮转子叶片可靠度分析

涡轮转子叶片工作环境恶劣,受力、受热严重。涡轮叶片一旦损坏,将对燃气轮机造成严重后果。通过对涡轮叶片进行弯矩、应力受力分析,应用随机可靠性理论推导出极限状态方程。根据叶片的有限元分析选取叶片应力最大的3个点作为危险点,应用H-L法求出这些点的可靠度。通过算例,验证该方法简单可靠,可以作为叶片可靠性分析的方法。     

动力涡轮整体三维流场分析和验证

针对某燃气轮机四级动力涡轮采用NUMECA商业软件进行了三维黏性流场计算分析。并根据燃气轮机性能试验,提取动力涡轮特性参数,将计算得到的动力涡轮总体参数与试验得到的涡轮总体参数进行对比分析。发现其导叶采用了"后部加载"叶型及凹壁扩张与凸壁扩张相结合的子午型面技术,使其具有优良的气动性能。为分析叶冠对涡轮性能的影响,结合NUMECA软件特点,提出分块生成网格的方法,进行了单级涡轮带冠流场计算,并结合ASME的相关资料对其进行了分析。通过相关资料的分析,发现该涡轮导叶的"后部加载"特性尚不是太明显,其"后部加载"特性还有进一步"提升"的余地。为此,对涡轮第二级导叶进行了优化设计,优化后效率绝对值提高约0.5%,说明该涡轮效率还有一定的提升余地。     

船用燃气涡轮导向叶片空间温度场的分析研究

一、引言在航空和运输式燃气轮机中,燃烧室的出口与涡轮进口直接联在一起。鉴于涡轮动叶片在高温强度方面受到的限制,要求涡轮进口处的燃气温度沿叶高方向按一定的规律变化。在根截面处,由于离心力所产生的应力最大,因此希望燃气温度尽可能降低,以便使材料的许用应力增加。在中间部分(离叶根2/3叶高处),则由于离心力较小,故燃气温度可以允许高一些。在顶部,因为叶型较薄,为了增加强度和刚度的可靠性,燃气温度最好比最高值稍微低一些。这样,     

增大泥泵最大球形通道的方案

增大泥泵最大球形通道可以提升疏浚工程连续性,减少堵泵的风险,提高疏浚施工效率。泥泵最大球形通道和泥泵效率是泥泵设计中的矛盾点。针对上述问题通过调研提出了两种增大泥泵最大球形通道方案,采用数值模拟方法计算了3种方案的泥泵内部流场。通过对数值模拟结果的统计分析,对比3种方案泥泵的性能。确定了增大泥泵最大球形通道叶轮设计方案,为后续泥泵改造提供基础。     

旋转零件温度的无线电遥测

一、前言燃气轮机涡轮盘、动叶片和滚动轴承内环等旋转零件在工作状态下的温度,对于它们的工作可靠性、热应力场以及寿命影响很大。例如:为了提高燃气轮机的功率和效率,往往需要提高燃气温度,但是它却受到叶片材料耐高温性能的限制;又如,由涡轮盘盘面温度场可     

增压器涡轮叶片间流体流动的数值模拟

从N-S基本方程出发,采用亚格子尺度模型,运用大涡模拟方法,通过建模和数值计算研究涡轮叶片间流体流动时周围流场的速度、压力、雷诺数和流线分布情况,得出涡轮叶片间流场参数的分布范围,发现各个工况点流场的变化规律和影响因素。该研究结果对增压器涡轮结构进一步优化设计具有重要的指导意义。     

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。     

增压器涡轮叶片间流体流动的数值模拟

从N-S基本方程出发,采用亚格子尺度模型,运用大涡模拟方法,通过建模和数值计算研究涡轮叶片间流体流动时周围流场的速度、压力、雷诺数和流线分布情况,得出涡轮叶片间流场参数的分布范围,发现各个工况点流场的变化规律和影响因素.该研究结果对增压器涡轮结构进一步优化设计具有重要的指导意义.     

叶片厚度对混流泵性能的影响研究

采用高质量结构化网格离散混流泵计算域,基于雷诺时均(RANS)方程和剪切应力输运(SST)湍流模型对混流泵内流场进行数值模拟.采用多种定性和定量指标对不同叶轮叶片厚度时混流泵的扬程、功率和效率特性及叶轮进、出口的流场流动情况进行对比分析.结果表明:在相同流量下,随叶轮叶片厚度减薄,泵的扬程和功率增加,且最高效率点向大流量工况偏移,最高效率略有升高;叶轮叶片厚度减薄提高了流场流动均匀度,改善了叶片表面压力分布情况,使空化性能得以改善.