基于不完全敏感性方法的低比转速离心叶轮优化研究

针对传统离心叶轮优化设计方法的不足,提出基于不完全敏感性方法的低比转速离心叶轮的优化方法。该优化方法在求设计目标函数对流道形状控制变量的梯度时,忽略流道形状的变化对流场状态变量的影响,因此在一次优化循环中,只需要进行一次流场计算,避免应用有限差分方法中计算一次梯度矢量时需要多次计算流场,也避免在伴随方法中复杂的伴随方程的推导及求解,计算量大大减少。以低比转速离心叶轮作为研究对象,采用泰勒展开法参数化控制二维叶片形状,将泰勒多项式中的系数视为控制变量,选取作用在叶片上的转矩作为优化目标函数。应用不完全敏感性方法易于计算目标函数对控制变量的梯度,沿梯度矢量的反方向不断更新叶片形状来逐步寻优,最终找到目标函数值最小时的最优设计,算例计算结果表明,提出的不完全敏感性方法应用于低比转速离心叶轮优化是可行的。     

离心通风机叶轮内部流场数值模拟

采用流体计算软件NUMECA,对一离心通风机叶轮进行了数值计算。结果表明叶轮设计流量大于系统所需流量,实际工作时叶轮在失速工况下运行,内部的流动分离现象十分严重。     

叶轮切割对回收液力透平性能的影响

为研究叶轮切割对回收液力透平性能的影响,选取比转速分别为46.0、55.7、63.2的离心泵反转作回收液力透平,对各个叶轮外径进行四次切割,应用CFD软件对这三种比转速液力透平在不同切割量下进行数值计算,得到液力透平运行的外特性曲线并分析其内部流动规律。结果表明,对于离心泵反转作回收液力透平,透平的压头随叶轮外径切割量的增大而减小。在小流量工况下随着叶轮外径切割量的增加,叶轮内部流动损失逐渐减小,透平的水力效率呈现上升趋势;在最优工况和大流量工况下随着叶轮外径切割量的增加,叶轮内部流动更加紊乱,产生较大的能量损失,透平的水力效率呈现下降趋势。     

某带无叶扩压器的离心压缩机内部流动特性与稳定性分析*

为了分析确定引起离心压缩机失稳的关键部件,结合实验数据,采用数值模拟的方法对某带无叶扩压器的离心压缩机在90%转速下的性能与内部流动进行了详细模拟。综合分析实验所得的级特性线、动态压力信号、叶轮和扩压器内部特征流动,结果表明无叶扩压器为造成该离心压缩机失稳的关键部件。通过比较无叶扩压器在最高效率点与近失速点下内部的流动特征,提出了可能的扩稳方法。     

低比转速开式叶轮高速离心泵的优化设计系统

提出基于Navier-Stokes方程和Spalart-allmaras湍流模型流动分析的低比转速开式叶轮高速离心泵优化设计系统,该系统由四个部分组成:基本参数的优化设计、性能预测、流动分析和信息反馈。根据提出的方法,对一台开式叶轮高速离心泵进行实例设计和实验研究,取得了较好的性指指标:泵的扬程流量H-qv特性线几乎是一条直线,扬程系数达到了0．7以上;汽蚀性能也满足要求;叶轮内部压力和速度分布合理,表明采用加大流量设计方法能设计出性能优异的低比转速开式叶轮高速离心泵,此设计方法是合理可行的,对开式叶轮高速离心泵的设计具有指导意义。     

开式叶轮离心泵性能的CFD模拟方法

现有针对离心泵性能的数值模拟研究中,由于计算时未准确考虑泵内间隙和平衡孔的影响,一些低比转速的开式叶轮离心泵的性能预测结果出现较大的误差,因此很有必要建立合理的计算方法来提高性能预测精度。以一台低比转速的开式叶轮离心泵为研究对象,对其内部流动进行三维数值模拟,探讨建模、数值方法和湍流模式对预测结果的影响。通过模型泵试验台上的性能测试,得到泵的流量、扬程、功率和效率等性能参数。通过对比数值模拟与试验结果,验证数值模拟的可靠性,并分析后盖板切除区域、间隙和平衡孔对流动结构和性能的影响。分析结果显示,改进模型能很好地预测开式叶轮的性能,在计算模型中忽略后盖板切除区域能提高计算精度:采用滑移面方法能够提高网格质量,但也增大了非设计工况下的计算误差:对于开式叶轮离心泵的模拟,Realizableκ-ε模型相比κ-ε,RNGκ-ε和Spalart-Allmars等模型具有更高的计算精度和稳定性。所提建模和计算方法可提高低比转速离心泵的性能预测精度,尤其适合于开式叶轮离心泵的流场模拟。     

离心泵偏工况下流动结构分布及演化特性研究

为了研究离心泵不同工况下的流动分离现象,本文以低比转速离心泵为研究对象,基于LES数值计算探索了泵内不同工况下的流动结构,利用在闭式试验台的性能试验来验证数值计算的准确性,发现泵最高效率点在1.1Qd左右,在设计流量下,LES计算误差小于1.5%。通过叶轮出口流场结构分布特点,对不同工况下的流动分离现象进行对比分析,获得叶轮扫掠隔舌过程中出口流动分离现象的变化特性,及其对叶轮内流场结构的影响。结果表明：流动分离现象表现为分离泡会在叶片表面形成回流,使叶轮出口流动呈现不均匀分布特性,加强射流-尾迹结构。特别在小流量工况下,流动分离为出口旋涡的旋转提供能量,造成出口流道大面积堵塞,堵塞面积可达55%左右,诱发小流量的驼峰现象。     

离心叶轮入口流动的稳定性分析

在实验的基础上研究了离心叶轮入口流动稳定性及其流动分离机理和影响因素,对流动分离和稳定性问题进行了理论描述和分析,从新的角度揭示了非设计工况下离心叶轮入口流动特征。     

机载蒸汽压缩系统中离心叶轮的性能模拟及其研究

针对机载蒸汽压缩系统离心叶轮的性能进行了研究,并通过改变其主要参数得到不同的叶轮,对它们进行了数值模拟。结果表明:适当提高转速可以提高叶轮的压比,获得较高的等熵效率;利用大尺寸低转速离心压缩机理论的叶片数经验公式计算的叶片数不适合此类离心叶轮,实际叶片数目要比经验公式计算出来的小一些;叶片出口角度设计在60°以上时,叶轮具有较高的等熵效率;中间加载规律相比其它加载规律所生成的叶轮具有较大的压比和效率,喘振裕度大,喘振流量小,流场速度分布均匀,有很高的流通和做功能力,是理想的加载规律。研究的方法和结果对高转速机载蒸汽压缩机有一定的参考价值。     

低比转速离心泵叶轮水力设计新方法综述

低比转速泵应用广泛,具有不可替代的重要性.低比转速泵的高扬程、小流量的外特性决定了这类泵的叶轮应有适合其自身特点的设计原理和方法,这些原理和方法与一般离心叶轮应有所区别.近年来,该领域新的发展和成果不断出现,低比转速离心泵的性能如效率、最大轴功率等得到了明显改善.广泛收集国内外近年所发表的有关低比转速离心叶轮的水力设计新方法的文献资料,对这些方法进行分析、整理与概括,发现其合理的先进要素,涉及低比转速叶轮主要几何参数的选择与计算、圆柱形叶片具有优势的投影型线的导出与几何特性分析,总结出低比转速离心叶轮近期出现的新的设计原则和方法,为企业设计人员的设计实践提供新的参考,以求提高这类泵的水力性能.     

叶片载荷分布对小流量离心叶轮性能影响研究

应用五次Bezier多项式来控制环量沿离心叶轮叶片的子午流线的分布方法,分别设计了将载荷集中于叶片前部、中部及尾部三种载荷分布方式的叶轮,并应用三维数值模拟研究了不同载荷分布方式对小流量系数离心叶轮性能的影响。研究结果表明:叶片载荷集中在前部的叶轮性能优于集中在中部及尾部的叶轮,其内部流动损失最小;当将载荷集中在前部时,叶轮效率曲线朝大流量区域移动,将载荷集中在叶片尾部时,叶轮效率曲线会朝小流量区域移动,且载荷集中在叶片前部的叶轮压比高于载荷集中在叶片中部及尾部的叶轮。载荷集中在叶片前部的叶轮熵增最低,其叶轮出口速度比载荷集中于叶片尾部和载荷集中于叶片中部的叶轮出口速度分布更均匀,流动损失更小。     

基于CFD技术的超低比转速泵性能优化

以某一参数的超低比转速泵的叶轮为研究对象进行研究。通过CFD分析与试验验证相结合的研究方法，对叶轮进行优化设计，最终实现提高效率的目的。数值模拟以NUMECA为计算平台，首先对原始模型进行数值模拟寻找其主要过流部件中的流动缺陷，并做出针对性的修正。通过研究发现小比转速叶轮的进口安放角及子午形状对叶轮内部流场有显著影响。     

基于三维紊流数值计算的离心泵叶轮优化设计

应用标准k-ε紊流模型加壁面函数法对离心水泵叶轮内部的三维紊流流动进行了雷诺平均N-S方程的数值计算与分析。分析了离心泵叶轮叶型对流速分布、压力分布和泵性能的影响,研究了离心泵叶轮通道内流动规律,提出了三维紊流数值分析基础上的离心泵叶轮优化设计方法。实例表明用三维紊流数值模拟方法研究叶轮内部流场是改进和优化叶轮设计的一个重要手段。     

Y4-73离心通风机叶轮的高比转速优化设计研究

为了提高Y4-73离心通风机在大流量工况运行时的气动性能,在原通风机蜗壳不变的基础上,优化设计了一种高比转速叶轮,结合试验和数值模拟对其气动性能进行分析并研究了3种不同叶型对该风机性能的影响。研究结果表明,与改进前相比,高比转速离心通风机最高效率点向大流量工况偏移,虽然风机最高效率点的效率较原风机降低了3%,但在实际应用的大流量设计工况下,效率提升了10%。在此工作点下,改进后的高比转速叶轮与原蜗壳匹配性更好,叶片负荷提高,在靠近蜗舌和叶轮前盘处的流态有较大改善。当风机叶片为板型时,在设计工况下效率较薄翼型风机提升了1%。板型叶轮叶道内的流动分离现象有所减弱,尾迹损失小,叶轮出口气流角较大,使得叶轮出口处有效通流面积增大,从而提升了叶轮的做功能力,同时减小了蜗壳内的流动损失。     

高速离心叶轮叶片开缝的数值研究

提出在离心叶轮吸力面尾部开缝抽吸的方法,在叶片吸力面尾部对低速流体区域进行抽吸,以减弱由叶轮内二次流所导致的射流—尾迹结构。以Krain高速离心叶轮为例,建立抽吸模型,并进行了数值计算。数值仿真结果表明,在压气机流量范围内,叶轮尾部开缝抽吸可以减少叶片表面的分离区域,改善叶轮内部流场的流动状况,有效地提高离心叶轮性能。     

小流量高压比组装式离心压缩机的研制

通过理论分析和数值模拟研究方法,对组装式离心压缩机级条件下的内部流动和流动机理进行研究,通过对流动结构的分析,进行了离心式压缩机通流部件的设计。论文研究对离心式压缩机性能的提升和设计具有很好的理论和工程应用参考价值。同时对组装式离心压缩机转子进行了临界转速分析,并对整机的装置结构进行了规划。研究的对象是SVK16-5S组装式离心压缩机结构为五段、五级,每级由叶轮、扩压器和蜗壳等组成。其中前四级采用高效后弯的三元半开叶轮,第五级叶轮为闭式叶轮。     

离心叶轮入口流动的流定性分析

在实验的基础上研究了离心叶轮入口流动稳定性及其流动分离机理和影响因素，对流动分离和稳定性问题了理论描述，从新的角度揭示了非设计工况下离心叶轮入口流动特征。     

低比转速离心泵叶轮多目标优化设计

论述了以低比转速离心泵的能量损失最小及汽蚀余量为多目标函数,以叶轮主要参数为设计变量的泵叶轮优化设计方法,通过优化,获得了满足一定扬程和流量的最优参数组合。     

机载离心式制冷压缩机叶轮级流动仿真研究

离心式制冷压缩机对机载蒸汽压缩制冷系统有重要影响;大流量离心制冷压缩机的运行效率远大于小流量压缩机效率,针对现有的双级小流量离心制冷压缩机,通过实验测试和CFD仿真,对制冷剂R134a在泵式叶轮内的流动进行了分析。结果表明:在所测试参数条件下,叶轮进口靠近压力面处的制冷工质出现明显的二次流现象,气体流动出现盖面分离,叶轮内部损失较大;改变叶轮叶片出口安装角可提高效率及压比;针对不同叶轮叶片数的仿真计算对比,可确定在所设计模型中最佳叶片数。     

基于微遗传算法的低比转速泵叶轮的优化

提出一种解决加大流量设计对低比转速泵叶轮进行水力设计易出现驼峰,轴功率易产生过载现象的直接优化设计方法,得到综合性能较好的叶轮。其优化设计方法:通过加大流量设计理论设计初始叶轮,将得到的初始叶轮个体与随机个体作为微遗传算法的初始群体中的染色体,并以效率、消除驼峰、气蚀余量最小为分目标函数建立多目标规划作为适应度,进行微遗传操作。最后,结合设计实例进行验证。研究结果表明,将微遗传算法和加大流量设计理论相结合,直接对叶轮进行优化的方法,提升了低比转速泵的综合性能。