基于CFD技术的迷宫式油气分离器优化设计

应用计算流体动力学软件FLUENT对汽车发动机气门室罩内的迷宫式油气分离器进行三维两相流场和油滴颗粒分离效率的数值模拟.通过计算四种分离器结构参数(出口位置、出口直径、V型槽间距和V型槽宽度)下的分离器的分离效率和压降损失,分析了各参数对分离效率的影响,得到分离器性能的规律性结论和分离器的最佳结构参数,用于指导迷宫式油气分离器的设计.     

锅炉水冷壁节流孔板结构对结垢的影响及其优化

针对超超临界锅炉水冷壁节流孔板结垢问题,建立了节流孔板的数值计算模型,分析了结垢的主要原因以及孔板结构参数对结垢程度的影响．在大量数值计算的基础上,采用BP人工神经网络建立了孔板结构参数与结垢程度之间的关系模型并采用遗传算法进行结构优化,得到节流孔板的最佳结构参数．结果表明：节流孔板处压力突降造成磁性氧化铁的析出并沉淀是节流孔板结垢的主要原因;节流孔板的入口倒角、出口倒角、孔径和厚度等结构参数对孔板壁面附近的最大压降幅度和孔板节流效果的影响不同,孔板的厚度越小越好,出口倒角对结垢几乎没有影响,而孔板的孔径和入口倒角对结垢程度影响较大;得到的最佳孔板尺寸参数为孔径9．54mm,入口倒角35°。     

迷宫式汽封气动性能数值仿真研究

利用CFD软件对实际迷宫式汽封进行了三维流动模拟,详细分析了迷宫式汽封的流场结构和压力变化对汽封封严效果的影响.计算结果表明,在典型的汽封室内形成了3个大尺度的旋涡涡系,它们在各自的上部角区诱导了尺度稍小的壁角旋涡;角区旋涡是以一种"壁角涡串"的形式存在的;壁角涡串实现了宏观能量传递,也实现了宏观能量向微观热运动的转化.     

汽轮机光轴迷宫式隔板汽封内部流场的数值模拟

采用数值方法研究了汽轮机低压整体加工尖齿和斜齿两种不同结构光轴迷宫式隔板汽封的三维内部流场。采用有限体积方法离散Navier Stokes方程,标准k ε两方程紊流模型封闭方程组。数值求解方法采用SIMPLE算法,迎风2阶格式求解对流项,迎风1阶格式求解扩散项。数值模拟结果证明了:在一定的隔板汽封轴向距离和相同的压力差条件下,齿数的减少导致泄漏量增加,同时揭示了光轴迷宫式隔板汽封内复杂的三维流场特性,为工程优化设计光轴迷宫式隔板汽封提供了理论依据和技术支撑。图5表2参4     

迷宫式静叶隔板汽封的数值模拟分析

采用数值模拟的方法,考虑迷宫式静叶隔板汽封,对某汽轮机级气动特性进行了计算和分析。重点考察了汽封通道内的蒸汽流动情况,分析了迷宫式汽封气动方面的优点和对叶片气动特性的影响,从而提出了一些有意义的结论和建议。     

汽轮机直齿与斜齿汽封内部流场的数值计算与结构优化

利用数值计算软件对汽轮机光轴直齿与斜齿两种结构的迷宫式汽封内部流场进行了数值研究,给出了汽封内部流动特性和漏汽量随相对齿间距和齿倾斜角度变化的规律.在汽封段轴向长度一定和相同的流动条件下,存在最佳齿数范围和倾角范围,它可使迷宫式汽封的漏汽量最小.     

导流孔径变化对磁力驱动离心泵流动性能的影响

为研究导流孔径变化对磁力驱动离心泵内部流场及水力性能的影响规律,分别以6、8、10 mm~3种不同导流孔径的磁力驱动离心泵模型为研究对象,通过定常、非定常以及流热耦合数值计算与外特性试验相结合的研究方法,分析并得到了导流孔径变化对磁力驱动离心泵外特性、内部流场、温度场以及压力脉动特性的影响规律。研究表明:导流孔径的变化对磁力驱动离心泵外特性曲线、内部流场以及压力脉动特性的影响较小,对冷却循环流道内的流场、温度场以及压力脉动特性的影响较大。     

汽轮机静叶表面上抽吸缝对流场影响的数值计算

对开有抽吸缝的平板叶片在不同抽吸条件下的流场进行了数值计算，研究了叶片上的边界层和抽吸缝附近流场的流动特性，计算的出发方程是非相似边界层控制方程和Ｎ－Ｓ方程。分析了抽吸缝进口处的压力与空心吉片内部压力的压差，缝隙宽度，缝隙与静叶表面的夹角以及汽流速度对汉场和边界层厚度的影响。计算结果表明，抽吸使抽吸缝隙附近的速度分布有较大的变化，抽吸缝处的边界层厚度明显减薄，流场的变化程度取决于抽吸压差。另外，缝     

高速旋转的汽轮机隔板密封内流体流动的模拟

采用数值求解粘性Navier-Stokes方程,研究考虑轴旋转效应的汽轮机高低齿迷宫式隔板密封内流体流动特性及其影响因素.采用有限体积方法离散控制方程,紊流模型采用标准κ-ε两方程模型进行求解.数值模拟了三种齿间距下不同压比时的高低齿迷宫式隔板密封内部的流场特性,并且计算了相应的无量纲流量系数.计算结果揭示了隔板密封内由于环形腔室和高低齿的作用导致密封内流体的动能有效地耗散为热能,起到了密封的作用.研究结果表明：在相同的几何结构下,压比的增加导致密封泄漏量的减小;在相同的压比条件下,密封的泄漏量随着齿间距的减小而减小.图6参4     

迷宫式汽封流体动力特性研究

建立了迷宫式汽封的全三维模型,采用CFD商业软件Fluent对不同工况下汽封的流场进行了计算分析,研究了转子所受的气流力与转速、进出口压力比及偏心率的关系,得到了影响转子稳定性的密封动力特性系数和涡动系数.结果表明:随着转速、进出口压力比和偏心率的增大,涡动系数也相应增大,转子的稳定性下降.     

Dimensional analysis on resistance characteristics of labyrinth seals

Experimental investigation of stepped and straight-through labyrinth seals was designed to study the sealing performance of two different typical labyrinth seals.In order to facilitate dimensional analysis on the flow resistance characteristics of labyrinth seals,the variable cross-section of the flow channels are considered as constant cross-section flow.The mechanical energy loss of flow caused by throttle turbulence intensity is considered as caused by friction along the way.The friction coefficient of stepped labyrinth seals is bigger than that of straight-through labyrinth seals by more than 40% for the same Reynolds number and the ratio of equivalent diameter and the seal length.The expression of friction coefficient /and /Re are obtained from experimental data.The verifications indicate that the expressions are highly accurate.The contribution to the total pressure drop of each tooth cavity gradually becomes less along the flow direction.     

带有侧齿的曲径轴封及其漏汽量的研究

提出了一种新型结构的轴封——带有侧齿的曲径轴封。该型轴封可以在不增加轴封段长度的前提下,增加轴封齿数,减少轴封漏汽(气)量。同时,根据该型轴封的工作原理,给出了这种新型轴封漏汽(气)量的计算方法。并以某国产300MW汽轮机为例,对采用该型轴封的漏汽(气)量进行了对比计算。计算结果表明,采用该轴封能有效的减少漏汽(气)量,从而提高机组的经济性。     

迷宫汽封振动频率对转子动特性系数的影响

对迷宫汽封转子振动频率对转子动特性系数的影响进行了分析。通过对定常流场和非定常流场的求解，最终可以得到各动特性系数。分析结果表明：振动频率对转子动力特性系数的影响是显著的，并且随着振动频率的增大，转子的稳定性先提高后降低。     

链条炉排的侧密封

以常用的鳞片式链条炉排为例,阐述了炉排侧密封的重要性,揭示了迷宫式密封存在的问题和采用接触式密封和饱合式密封的必要性,并对轻型链带式炉排的侧密封进行探讨。     

几何因素对循环流化床锅炉用惯性分离器U-Beam分离性能影响的研究

研究了几何因素对U Beam分离器的影响。研究发现 :影响迷宫分离器效率的因素 ,除了颗粒性质、操作条件外 ,几何因素也有着重要影响 ;灰斗结构对分离效率影响巨大 ,设计零压力区或负压区的灰斗对消除前排挡条对后排档条的影响、提高分离效率有着重要意义 ;挡条后面开卸压口的做法没有达到安全卸压和提高分离效率的作用 ,只能造成气流短路而加重分离效率下降     

转子蜂窝密封封严特性的试验研究

为研究转子蜂窝密封的封严特性,设计制作了5种规格的蜂窝密封静子试验件和转子试验件,并在转子密封试验台上进行了蜂窝芯格尺寸、密封间隙、转子转速、蜂窝深度和密封压比对封严特性的影响试验以及蜂窝静子与篦齿轮盘和光滑轮盘组成密封结构时的封严特性对比试验,最后给出了试验研究结论。     

低压隔板低直径汽封和对齿式汽封的数值分析

在汽轮机低压末几级隔板中,有两种比较典型的汽封结构形式——低直径汽封和对齿迷宫式汽封。在某600MW机组改造末三级长叶片优选过程中,针对两种类型的隔板汽封,在末三级环境中,开展全三维CFD分析,对比两者的密封效果,及对整个级效率的影响。数值结果表明,两种汽封结构均有较好的密封效果,对齿迷宫式汽封配合新型设计的末三级叶片,具有较高的气动效率,有助于改善600MW机组低压缸整体经济性。     

预旋对迷宫密封动静特性影响研究

建立迷宫密封实验装置与数值分析模型,研究进口预旋对密封系统静力与动力稳定性的影响,并以密封腔为单元对密封段转子受力进行分解,分析各密封腔在不同预旋情况下切向气流力变化影响。研究表明:各密封腔压力高点沿泄漏方向发生偏移是引起各密封腔切向气流力幅值及方向变化的原因;进口预旋可导致原压力高点发生偏移,其偏移方向与进口预旋方向一致,且越靠近进口偏移量越大;首个密封腔与其余腔室压力高点位置存在差异,导致其切向气流力随进口预旋比的变化趋势与其他密封腔相反;转子涡动将引起切向气流力整体偏移,但不改变进口预旋对各密封腔切向气流力作用效果;对于具有较多齿数的迷宫密封,正预旋将降低系统稳定性,而对于具有较少齿数的迷宫密封,正预旋有可能增加系统稳定性。     

二氧化碳迷宫密封动力特性影响因素研究

以S-CO_2(supercritical carbon dioxide)为工质,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法建立迷宫密封全三维数值分析模型,应用基于微元轨迹的密封动力特性系数理论识别方法获取密封动力特性系数,研究以S-CO_2为工质的迷宫密封在不同密封腔室、间隙及齿数下的动力特性,并对比分析以空气为工质的密封系统稳定性。研究表明:密封直接复合刚度系数及平均直接阻尼系数频率依赖性较高,交叉复合刚度系数频率依赖性较低;密封有效阻尼系数在低频下(小于100 Hz)频率依赖性较强,并随密封间隙的减小而略微增大;在高频下(100 Hz以上),各腔室有效阻尼系数沿泄漏方向逐渐降低,且随齿数、密封间隙的增加而增大;10齿密封的有效阻尼系数约为4齿密封的128%～356%,0.16 mm间隙密封的有效阻尼系数约为0.32 mm间隙密封的80%～170%,与空气相比,以二氧化碳为工质的密封泄漏量较大,有效阻尼系数约为空气的167%～202%,系统稳定性增强。