求解流线曲率法反命题的一种新型有限差分方法

针对全三元离心叶轮流线曲率法反命题设计,提出了一种求解S2m流面速度梯度方程的新型有限差分解法。该方法将相对速度沿准正交线的方向导数采用前向差分格式,将相对速度沿流线的方向导数分解为两项,一项采用前向差分,另一项采用后向差分格式,其他各参量沿准正交线或流线的方向导数统一采用前向差分格式。这样便解决了简单采用前向差分格式或后向差分格式难以保证求解速度场的矩阵主对角线元素占优问题,使求解格式具有较强的稳定性和收敛性。新型有限差分求解方法应用于Krain叶轮的改型设计,经计算流体动力学(CFD)分析得,改型叶轮效率提高约0.3%,压比提高约0.2,表明利用新型有限差分法求解S2m流面速度梯度方程是可行的。     

用准正交面法分析叶轮机械三元流场的研究获国家科学技术进步奖

叶轮机械使用广泛,耗能很多,用数值分析方法研究叶轮通道中的流动状况,对改善叶轮的性能及提高效率极有意义. 我校应用力学系这一项目的研究人员,在两类流面理论的基础上提出的准正交面法是叶轮机械三元流动的一种三元数值解法,采用在每个准正交面上沿S_1,S_2流面交线两个方向上求解速度梯度方程,通过整个准正交面上的流量校核、反插等分流量点,在一次     

小流量工况下旋转离心叶轮内部流场PDA测量与分析

在小流量工况下，采用PDA技术对一旋转离心叶轮内部的速度场进行了测量与分析，叶轮出口带有无叶扩压器．对流道内不同流面的数据进行了数据采集和统计．实验结果表明，在小流量工况下，沿周向叶轮内的相对速度从吸力面到压力面先减小后又增大，吸力面处的速度大于压力面；沿流动方向，因流道逐渐变宽，相对速度逐渐减小；靠近轮盖侧，流场结构复杂，在流道中部存在低速区；沿轴向，从盖侧至盘侧，相对速度逐渐增大，分布逐渐均匀；叶轮出口吸力面侧存在气流分离现象．     

离心风机三元流场的准正交面法计算

采用准正交面法求解了离心风机的无粘不可压及可压的三元流场,结果表明准正交面法可以给出整个三维空间内的流场的速度分布,且精度较高,这是流面迭代法无法达到的.本文给出了4MES-IA3B离心风机计算结果,与文献的结论相符.     

叶轮机械的气流流动分析与速度分布的求解

计算叶轮叶道内气流的速度和状态，美国宇航局的Ｊ．Ｔ．Ｈａｍｒｉｃｋ［１］首先提出流线理论，以后Ｔ·ｋａｔｓａｎｉｓ［２］　采用准正交方法建立更一般的速度方程。近来日本九洲大学的Ｙ．ｓｅｎｏｏ又把迴转面的计算精确化［４·１３］。本文改进他们的方法，引入叶片倾斜角ηｎ的概念并认为中间流面与叶片中面形状相似，建立叶道内气流速度梯度方程，它更体现出气流速度分布与流面形状之间的直观联系。同时提议一种求解气流速度分布的逐次逼近法。最后指出如何修正叶轮的形状。     

离心风机三元流场的准正交面法计算

采用准正交面法求解了离心风机的无粘不可压及可压的三元流场,结果表明：准正交面法可以给出整个三维空间内的流场的速度分布,且精度较高,这是流面迭代法无法达到的。本文给出了4ME S-IA3 B离心风机计算结果,与文献的结论相符。     

三元流场中速度梯度方程的分析

以准正交面法求解三元流场的理论为基础,依据实际计算模型,提出了水力机械流场计算中的速度梯度方程在曲线坐标系下计算的思路,给出了计算表达式．并通过空间点源的计算实例,对数值解与解析解做了比较,证明本文所提出的计算方法是可靠的．     

基于正交试验大型轴流泵空化特性的数值模拟

针对28CJ-70型立式轴流泵内部空化对机组性能的影响,从泵内空化基本方程出发,确立叶顶尖间隙γ、叶片吸力面流线分布和叶片进口边外缘修圆ψ为影响轴流泵空化特性的主要因素,并建立L9(33)正交实验表,分别对9组试验方案进行数值模拟,计算结果表明:叶顶尖间隙γ对叶轮吸力面外缘泄漏涡变化较为敏感,增大叶顶尖间隙γ能够有效改善吸力面外缘速度分布,但会使泵扬程降低;叶片吸力面流线分布Φ对轴流泵效率和空化持续长度χ具有重要影响,当吸力面流线分布Φ=0.7时,能够明显改善吸力面低压区流体回流范围,使空化持续长度χ迅速降低,并能大幅度减小空化体积分数.通过对立式轴流泵模型进行试验研究发现:数值模拟结果与试验外特性曲线能够较好符合,达到工程应用的要求,进而验证正交计算结果准确性.     

轴流泵、径流泵及混流泵流线型叶轮三元解析设计方法

在三元圆柱形坐标系中求解叶轮泵内流体连续方程、运动方程及能量方程,得到相对速度的分布及流面的解析表达式,再按照流面形状设计轴流、径流和混流泵叶轮轮盘及叶片,消除泵内紊流及滞止流,改进叶轮的流体动力学特性并提高泵效率．此方法在混流形叶轮血泵应用后,成功解决了叶轮泵破坏血液的难题．     

流体机械中的三元流动理论——不可压缩流体的流线曲率法

四、流线曲率法解S_2流面问题 两类相对流面理论,把空间的三元问题简化为两个二元问题求解,使问题得到简化,但付出的代价是两个相对流面交替使用,相互迭代。而流线曲率法则把一个二元问题化为一个一元问题求解,使问题进一步简化,付出的代价是流线的迭代。 为简化计算,作如下限制:液体是无粘性的,叶轮内液体的相对运动是定常的,液体的相对运动是轴对称的。 1、沿计算站走向速度梯度方程的推导 推导速度梯度方程时所采用的符号:     

叶顶间隙对轴流泵外特性及空化性能影响研究

为探究叶顶间隙对轴流泵外特性及空化性能的影响,基于修正的SST k-ω湍流模型和Z-G-B空化模型,对350ZQ-70型潜水轴流泵进行数值模拟,对比分析不同叶顶间隙下轴流泵的外特性曲线、叶轮流道内的压力脉动、空泡体积分数分布等.结果表明:随着间隙的增大,泵扬程和效率降低;小流量工况下流动失稳现象明显加强,扬程曲线会出现驼峰现象;进口边近轮毂侧比近轮缘侧更易发生空化;设计流量下,轮缘间隙空化首先出现在叶片中部,而不是叶片进口;叶片背面空化会影响相邻叶片工作面压力分布;存在临界间隙值,未达该值前,间隙增大主要降低叶轮的做功能力,对空化性能影响不大,超过该值后,空化稳定性降低,诱导压力脉动;对于实验泵,临界值在1.5~2 mm;随着间隙的增大,轮缘处空化程度不断增强,进口边空化程度反而有所减轻;根据轴流泵叶轮组装结构,从保护轮毂叶轮体的角度考虑,兼顾做功能力和运行稳定性,实验泵选择间隙为1.5 mm较为合适.     

双叶片离心泵内失速现象的三维PIV分析

为了揭示双叶片离心泵内失速现象的发生和发展过程,采用三维粒子图像测速(PIV)系统对比转数为134的双叶片离心泵在4个工况下3个截面的流体流动进行了分析.结果表明：随着流体流量的减小,叶片的压力面首先出现流动分离并产生漩涡;当流体流量继续减小时,漩涡堵塞了流道而使流体流动受阻,造成了叶轮流道失速的现象.在最优工况下,叶轮内流体的流态最佳;在0.8倍最优工况下,中间截面发生了流动分离;在0.5倍最优工况下,中间截面的流动分离扩张并产生了失速;在流量减小至0.2倍最优工况的流量之前,前盖板处也出现了失速,而在后盖板处没有发现漩涡.同时,叶轮内流场的轴向速度很不均匀,由流道进口到出口、吸力面到压力面,其轴向速度逐渐减小,并且叶片压力面的负向轴向速度区域随着失速的发展而扩大.     

叶片包角对恒扬程泵性能的影响

为了研究叶片包角对恒扬程泵性能的影响规律,设计了6种不同包角叶片的叶轮,基于雷诺时均N-S方程、RNG k-ε湍流模型进行了定常数值计算,并对计算结果进行了实验验证.结果表明,在切断流量之前泵的扬程随包角的增大而减小,0°包角时泵的扬程最大,15°、30°、45°包角时泵的扬程基本相等,60°包角时泵的扬程最小,75°包角时泵的扬程随流量的增大线性减小.叶片包角对泵的效率具有较大影响,泵的效率在任一包角随着流量的增大先增大后减小.在切断流量附近,效率达到最大值;切断流量之前,效率随包角的增大而增大;切断流量之后,包角越大,效率随流量增大而减小得越快.     

叶片包角对组合叶轮离心泵工作特性的数值研究

为了获得某型组合式叶轮航空燃油离心泵不同叶片包角下的工作特性,对其内流场特性进行数值模拟研究。分别采用定点法和曲线拟合法建立了组合式叶轮的三维模型;利用Pump Linx软件对泵的内流场和出口工作压力特性进行数值仿真计算;在进行样机试验验证数值模拟方法准确性的基础上,基于原包角参数设计基础上增大和减小叶片包角下,进行离心泵的内流场及压力特性研究。仿真结果表明:随着包角增大,叶轮流道内摩擦力的升高导致离心泵增压能力下降;而叶片包角减小,叶轮出口相对速度液流角增大,对泵的增压能力产生积极作用。在叶轮基本外尺寸确定的情况下,必定存在使得泵性能最优的叶片包角,所给出数值模拟方法可用于指导离心泵的工程设计与优化。     

低比转数旋喷泵的试验研究

介绍了一种低比转数旋转喷射泵的结构、工作原理及性能特点．通过对产品的设计与试验，分析了叶轮及集流管的几何参数对旋转喷射泵水力性能的影响．     

非光滑表面离心泵叶轮的流动减阻特性

为了分析非光滑表面对离心泵性能的影响,基于仿生凹坑表面的减阻特性,将凹坑型非光滑单元体排布于离心泵叶片的工作面,建立具有非光滑表面的叶轮离心泵的流动减阻特性分析模型,通过RNGk-ε湍流模型对离心泵内部流场进行数值模拟,分析具有非光滑表面叶轮的流动减阻特性,研究不同流量下非光滑表面对叶片近壁面的速度分布、剪应力和离心泵内部流场的影响.结果表明:凹坑型非光滑表面能够降低因黏性阻力产生的叶轮扭矩,其扭矩的最大降幅为5.8%;非光滑表面能够有效控制叶片近壁面边界层的流体流动,减小叶片的壁面剪应力;凹坑型非光滑表面能够降低离心泵叶轮内部流体的湍动程度,减小湍动产生的能量耗散,使叶轮内部的流体流动更加稳定并提高离心泵的效率.     

叶片包角对离心泵流场及脉动特性的影响

针对离心泵非定常流动压力脉动特性,采用滑移网格的大涡模拟技术对叶片包角分别为95°,100°,105°,108°的4副叶轮进行数值模拟.分析了叶片包角对离心泵水力性能、叶轮出口"射流-尾迹"、测点压力脉动频谱特性和叶轮径向力的影响关系.结果表明:随着包角的增大,离心泵的水力性能下降;包角适当增大,会使叶轮射流-尾迹流动结构变弱.在设计工况下,蜗舌附近测点压力脉动最大;在蜗壳螺旋段压力脉动强度沿流动方向逐渐变弱,而在叶轮流道内压力脉动沿流动方向逐渐增强,在叶轮出口处达到最大;而离心泵叶轮所受径向力随着包角的增大而减小,适当地增大包角可以提高离心泵运行的可靠性.     

旋喷泵的效率分析及集流管的水力设计

通过分析得出旋喷泵在小流量和高扬程工况下运行时，效率高于多级泵和高速泵，在研究旋喷泵集流管与叶轮匹配及集流管扩散段损失的基础上，给出了设计扩散管水力参数的公式。     

基于流固耦合的高温泵叶轮应力有限元分析

根据高温泵零件二维图,应用Pro/E软件对高温泵内叶轮结构模型及整机水体模型进行实体建模,采用CFX软件对高温泵内部流场进行数值模拟,分析了泵内部的压力随不同工况的变化情况,基于流固耦合利用Ansys软件对叶轮施加静力载荷,进行应力应变分析,揭示了整个叶轮的变形情况及应力分布.结果表明:首级结构的对称性使其变形较为均匀,应力应变分布较为规律;水泵叶片根部两侧存在明显的集中应力,并且应力逐渐向叶片外侧扩散,叶片外缘所受到的应力值很小,应力集中点为次级叶片与轮毂相交处靠近进口的位置;在不同工况下叶轮最大静应力随着高温泵轴功率的增大而降低,且线性关系较差.     

叶片开槽对轴流泵空化性能的影响

为探究开槽叶片对轴流泵空化性能的影响,以350ZQ-70-H型潜水轴流泵为研究对象,对其不同空化余量下的流场进行定常和非定常数值模拟,对比分析原模型与改进后模型的速度矢量分布、压力分布、内部空泡体积分数及空泡体积变化等.结果表明:开槽叶片可以改善轴流泵的效率和扬程,提升轴流泵性能;开槽叶片增大了叶片进口处流动面积,降低了叶片进口处流速,使得轴流泵叶轮内压力的分布得到改善,从而对空化产生抑制作用;在空化的各个阶段里,开槽模型的空泡体积分数分布均有所降低,其中空化初始阶段最为明显,相比原模型下降了30.4%,有效抑制了空化的发展,空化性能明显提升.