新一代核级离心通风机气动设计与数值优化

本文采用离心通风机现代气动设计方法,选用效率高、噪声低的后弯叶轮,对核级风机进行初步设计并对风机内部流场进行三维数值模拟。通过分析风机全压、效率及内部流场,分别对风机叶片数目、叶片进口角、进口加速系数等参数进行优化,优化后风机效率达到87.74%,全压5 328.6Pa,符合设计要求。样机的性能测试结果表明,在设计工况下,离心风机的效率可达87%以上,数值模拟与试验结果符合,所设计的离心通风机效率、全压符合实际核电站大气安全壳内通风系统的使用要求。     

防涡圈对离心风机性能影响的探讨

针对某离心通风机模型,研究了防涡圈对风机性能的影响。数值模拟和试验结果都说明了加装防涡圈后全压升和效率有所下降,这与以往的认知不完全一致。设计工况下,未加装防涡圈的通风机全压升比加装长防涡圈的风机高出约4%,效率高出约3%,内泄漏情况也会随防涡圈长度的增加变得严重;从内部流场可以看出,加装防涡圈减小了蜗壳内部的扩压空间,叶轮出口大尺度漩涡更加剧烈,影响了叶轮出口气流方向,并在叶轮出口产生回流现象,降低了通风机的全压和效率。因此认为对于不同压力系数和流量系数的风机,防涡圈对风机性能的影响规律是不一样的。     

纯电动清扫车动力风机改型与优化

为提升纯电动类清扫车车用动力离心风机的性能,针对某风机转子叶轮进行了叶片型线改进和多目标优化。采用圆弧型叶片替代原始风机叶片,并建立叶轮参数化模型以便优化。结合最优拉丁超立方采样方法、 Kriging模型和改进的NSGA-Ⅱ算法,以全压效率和全压为目标对叶轮进行了多目标优化。优化前后的数值模拟结果表明:单独叶轮优化后全压效率提高0.72%、全压升提高3.8%,优化后叶轮匹配原蜗壳整机性能比原始风机整体提高,设计工况下,全压效率提高0.46%,全压升提高1.9%,达到了预期的提高风机性能且降低叶型加工难度的设计目的。     

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。     

吸油烟机用多叶离心通风机的数值模拟

针对某一吸油烟机用多叶离心通风机进行了三维建模,采用三维数值模拟方法对多叶离心通风机和吸油烟机机壳内部流场结构进行了分析和实验验证。通过分析原模型的模拟和实验结果,改进了机壳进口和风机叶轮右侧集风圈形式,再对原模型和改进模型进行数值模拟对比分析。结果表明,在大部分工况下,改进模型的全压和全压效率都比原模型有所提升。改进叶轮右侧集风圈形式,表现出更佳的导流效果,蜗舌附近流道内全压升效果更加明显。     

特小比转数的后向离心通风机的研究与开发

针对一台比转数为9的前向通风机，保持风机设计参数和叶轮直径不变，改为后向通风机来提高性能。利用气动性能数值预估对叶轮和蜗壳的主要参数进行优化后，再对无叶扩压器的大小和叶轮与蜗壳的相对位置进行优化，减少摩擦损失，最终得到的后向通风机测试结果，全压和效率均提高了11％。     

采用分组模型的高比转速离心风机改进设计

为了提升某高比转速离心风机的气动性能,采用分组设计的方法,结合试验和数值模拟依次对原始风机的叶轮、蜗壳和集流器进行了改进设计。结果表明：叶轮前盘型线对高比转速离心风机的气动性能影响较大,仅对叶轮前盘型线改进设计后,风机的全压和效率分别提升了9.64%和8.91%;双圆弧叶片相较于单圆弧叶片具有更高的设计自由度,可实现对叶轮内部流动更加精细的控制,当双圆弧叶片的相对半径系数和相对叶片角系数分别取0.7和0.3时,全压效率值为87.43%;经过分组改进设计后的风机在设计工况下的全压和全压效率较原始风机分别提升了17.84%和12.79%,最高效率值为88.58%,内部流场得到优化,流动损失明显减小,性能得到全面提升。采用分组模型的改进设计方法可以有效地提升离心风机的气动性能,具有实际工程应用价值。     

离心通风机整机三维流场的数值模拟

对前弯型离心通风机整机三维内流场进行了数值模拟,预测了叶轮的做功效率,通过与试验结果比较表明了计算的可信性.详细分析了风机内部流场情况,发现轮盖附近的流动分离现象使叶轮对流体的做功能力受到很大影响.通过对不同工况的计算,揭示了叶轮和蜗壳内部的二次流现象及其发展规律.通过比较,分析了蜗壳子午截面涡流产生的机理及其影响因素.     

高效风机的设计及CFX仿真分析

阐述了高效风机的结构形式,对影响风机效率的因素进行了分析,提出了高效风机的设计原则。并设计出风机的主要部件叶轮、蜗壳和集流器,在此基础上,基于CFD理论与标准的湍流模型,运用流体计算软件CFX,在不同工况下该风机叶轮蜗壳耦合流场进行了数值模拟研究。并对流场细节、风机全压和效率进行分析,结果表明：设计出的风机效率高、气体流动性好。     

不同前盘结构形式多翼离心风机性能对比研究

叶轮是离心通风机的做功部件,叶轮性能是影响风机气动性能最主要的因素,因而对其进行深入研究具有重要意义。本文通过回顾以往多翼离心风机的研究,并对多翼离心风机内流展开讨论,提出对原型风机的改进方案。主要目标是改善进口附近内流情况,以达到提高原型风机的压力(全压和静压)的目的。提出以下4种方案:前盖板封闭度分别为30%、60%、100%,以及叶轮采用锥形前盘方案。数值结果显示:改变前盖板封闭度能够影响风机性能,在设计工况下,前盖板封闭度为60%时风机静压和全压都为最大;在蜗壳结构不变的情况下,采用锥形叶轮并不能达到提高压力和效率的效果,在大流量下,采用锥形叶轮风机的压力和效率反而会降低。     

大流量离心压缩机进气室优化设计

本文以某大流量离心式压缩机进气室为研究对象,使用CFD分析软件NUMECA计算进气室内的流场状态,认为叶轮进口处的流场均匀性较差是导致级效率下降的主要原因,并针对这一情况,在进气室环形收敛通道内加入薄型静止导叶,用于改善叶轮进口处的周向流场均匀性。计算结果表明:安装静止导叶后,压缩机级效率和级压比都有明显提高。     

双进气后向离心风机的气动性能数值模拟及其改进

首先对某双进气后向叶片的离心风机性能进行试验和数值模拟对比,验证数值模拟结果的精度及有效性;然后在叶轮前盘、轮盘形状和叶片数都相同的情况下,分析了改进叶片型式风机的性能变化。数值模拟结果表明,改进方案风机的全压更高、效率更高,尤其是在大流量区,效率提高5%以上。     

叶轮外径对前弯型液力透平性能的影响*

为研究前弯型叶轮外径对液力透平水力性能的影响,进行试验,获得了液力透平外特性数据,与计算流体动力学(Computational fluid dynamics, CFD)的结果进行对比分析,发现两者结果十分接近,验证了CFD模拟的准确性。利用CFD技术获得了215 mm、235 mm和255 mm叶轮外径液力透平的外特性曲线,发现随叶轮外径的增加,高效点向大流量区域偏移,在大流量区域,扬程大幅下降,轴功率小幅提升,效率有较明显提升,在小流量区域,扬程上升,轴功率略微下降,效率下降明显。对215 mm、235 mm和255 mm外径叶轮的速度场分析,发现随叶轮外径的增加,叶轮与蜗壳基圆之间的循环流量逐渐减小,流动状态得到明显改善,叶轮内水力损失也有较为明显的减小。利用理论公式推测改变了叶轮外径后的液力透平的高效点参数,发现普遍高于CFD模拟结果,分析产生差值的可能原因。对液力透平的轴功率、扬程进行理论分析,探讨其随叶轮外径增加的变化趋势。     

倾斜蜗舌对前弯离心风机蜗舌区域流动影响的数值研究

为分析蜗舌的不同倾斜角度对离心风机蜗舌区域的非定常流动特征的影响,本文以一款高压前向离心风机为研究对象,对3种不同倾角的蜗舌结构风机进行了稳态的三维流场计算,并采用大涡模拟方法对其最优工况进行了非定常数值模拟。结果表明:随着蜗舌倾角的增加风机全压大致呈线性下降趋势,而适当的蜗舌倾角有利于提高风机的效率;蜗舌表面最高压力区随着倾角的增大,逐渐从蜗舌顶部中间位置向靠近后盖板侧的蜗舌顶部移动;不同倾角下蜗舌中间点P_2的压力脉动主频均为叶片通过频率,而点P_1和P_3的压力脉动主频为叶轮转频或其2倍转频。     

螺旋式纸浆离心泵内部流动的数值模拟

为分析螺旋式纸浆离心泵内部流动状态，给优化过流部件结构的优化设计提供基础，采用CFD分析软件Fluent对螺旋式离心泵内部单相流动和固液两相流动进行了数值模拟。给出了螺旋式叶轮建模方法和流场分析方法，分析了泵内流体速度和压力的分布特性，并基于流动模拟结果预测了水力性能，单相输送条件下的计算结果与试验结果取得了较好的一致。通过对一定体积浓度和颗粒粒径下固液两相流的研究计算，分析了螺旋式离心泵叶片表面以及流道内的固液相分布状态，对螺旋式结构的优化具有一定的参考意义。     

基于FLUENT的离心吸纤维风机改进研究

某离心吸纤维风机存在着耗能大,效率不高,风压不均等问题。用Pro/E软件为该离心风机造型,应用Fluent软件进行三维数值模拟,详细得到风机内部流场情况。根据气动流场以及离心吸纤维通风机的特殊功用,进行优化设计,证明改进设计是成功的。提出了几点关于使用Fluent软件在设计计算中应注意的问题。对该类风机设计有良好的借鉴作用和现实意义。     

基于CFD/CA的离心泵流动诱导噪声数值预测

基于Lightill声类比理论,采用计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)和计算声学(Computational acoustics, CA)相结合的算法对离心泵内部声场进行求解。基于SST k-ω湍流模型封闭雷诺时均方程,对离心泵内流场进行三维非定常计算。在流场计算的基础上采用边界元法对叶片偶极子源和蜗壳偶极子源的辐射声场进行求解,研究了蜗壳振动对声压级分布的影响,并搭建试验台对所提出的算法进行验证。结果表明,叶频及其倍频是流动诱导噪声的主要频率,隔舌附近监测点的压力脉动强度最大;声振耦合作用对声压级分布的影响不可忽略,模态振型所在的频率(580 Hz)下声振耦合作用的影响较大;泵出口场点的声压级比进口大,且均在叶频处最大,效率最高的工况点声压级最小;声场模拟和试验结果在趋势上基本吻合,最大相差3.1%,肯定了所提数值算法的预测作用,可为离心泵低噪声优化设计提供参考。     

离心压缩机进气室的结构改进

采用数值模拟方法对某一离心压缩机进气室内部全三维有粘流场进行了详细的分析．得到了进气室内各主要气动参数的分布情况。通过在进气室喉部增加导叶以及对导叶出口弯道型线进行改进等方法有效减小了进气室内的气流分离。数值计算结果表明,改进后计算模型出口多变效率提高约1．5％,效果显著。     

带楔形扩压器的跨声速离心压气机设计及内部流场计算

采用离心压气机计算机辅助集成设计系统设计了带楔形扩压器的跨声速离心压气机。采用混合平面法对设计的跨声速离心压气机叶轮和扩压器内部流场进行了三维粘性计算,给出了叶轮和扩压器内部的计算结果。计算结果表明,在流量为2．45 kg/s工况下,压气机压比为6．22,压气机总效率为75％,叶轮内部出现典型的二次涡系结构。扩压器内的流场参数分布表明,扩压器前缘出现激波,在楔形扩压器内存在复杂的涡系结构,二次流动涡在扩压器内部经历了一个发生、发展和消失的过程。