离心压气机宽无叶扩压器旋转失速的数值研究

无叶扩压器作为离心压气机的重要部件,研究其内部旋转失速的诱发过程及机理对离心压气机无叶扩压器旋转失速的主动控制具有重要意义。利用ANSYS平台对离心压气机建模并对其旋转失速过程进行非稳态数值模拟。结果表明:离心压气机无叶扩压器旋转失速是随着流量的逐渐减小建立起来的,失速工况点位于性能曲线的负斜率区;无叶扩压器内部,低速区靠近扩压器盖侧,高速区靠近扩压器盘侧;宽无叶扩压器的旋转失速与扩压器出口回流区有关,出口处回流区逐渐向扩压器内部发展,导致核心流发生畸变,最终导致旋转失速的发生。     

带无叶扩压器离心压气机的稳定性分析

结合实验数据,采用数值模拟方法对某带无叶扩压器离心压气机的性能与稳定性进行了详细分析,比较了设计点与近失速点下无叶扩压器内部的流动特征．结果表明：在发生喘振瞬间,扩压器进口最先出现了压力崩溃;扩压器进口流动特别是轮盖侧流动是导致压气机失稳的重要因素,对扩压器进口逆叶轮旋转方向的轮盖侧啧蒸汽能够提高扩压器的稳定性．     

串列叶栅扩压器弦长比对离心压气机的性能影响研究

为研究串列叶栅前后排叶片的弦长比对离心压气机性能的影响规律,采用数值模拟的方法对某离心压气机扩压器进行串列改造,并在弦长比为0.7、1.0和2.0时对离心压气机级性能进行分析。研究结果表明:串列叶栅扩压器效率优于楔形扩压器,且可以明显扩宽压气机的工作裕度;串列叶栅弦长比在一定范围内数值越大,即前排叶片越短,压气机性能越佳。在串列叶栅扩压器后排叶片前缘附近添加合适弦长的小叶片可以在不降低离心压气机效率与工作裕度的同时提高总压比,同时拓宽其最大通流能力。     

离心压气机预旋及扩压器调节扩稳研究

以增压器无叶扩压离心压气机为研究基础,进行了压气机预旋导叶及扩压器设计,对单预旋、固定扩压器及预旋、扩压器耦合调节等不同情况下的离心压气机特性进行了数值分析,研究了进口预旋及扩压器可调的压气机扩稳特征。结果表明:压气机进口预旋在保持压气机最高效率特性基本不变的同时可以使压气机的流量范围拓宽16.7%,叶片式扩压器则可明显提高压气机最高效率约1.7%。在无叶扩压离心压气机的基础上,采用进口预旋和叶片式扩压器耦合调节控制的方法可在拓宽压气机喘振裕度的同时可使压气机工作效率提高约1.2%。     

离心压气机无叶扩压器旋转失速诱发的能量损失机制研究

利用ANSYS软件分别对带宽、窄无叶扩压器的离心压气机进行数值模拟,研究了在旋转失速诱发过程中离心压气机无叶扩压器的流场分布及能量损失机制。研究表明,窄无叶扩压器失速诱发时盘盖侧边界层发生局部回流并在叶高方向向内延伸,而宽无叶扩压器失速与扭曲的核心流和回流混合密切相关。随着流量的减小,扩压器内能量损失逐渐增加,旋转失速发生后,能量损失快速增加,到失速完全发展时,达到最大,且宽无叶扩压器的能量损失大于窄无叶扩压器。窄无叶扩压器失速诱发点处存在性能曲线的不连续现象,分析了宽、窄无叶扩压器旋转失速诱发过程中的能量损失机制。     

高压比离心压气机气动设计与分析

设计了单级总压比9.5、流量1.95 kg/s的离心压气机,该压气机分为叶轮、径向扩压器和轴向扩压器三个部分。叶轮初步设计采用自编程的方法,叶型使用了双分流叶片,通过软件Numeca对叶轮进行了数值模拟,分析了入口激波和出口射流尾迹等流动结构;从性能和流场细节两方面比较了三种形式的径向扩压器。结果发现,扩压器入口收缩可以抑制回流,楔形扩压器的扩压性能明显优于无叶扩压器。     

离心压缩机无叶扩压器的改进新方法

研究了某高压比离心压缩机无叶扩压器的性能，提出在无叶扩压器轮盘侧加装一定高度机翼型导叶的改进方法。结果表明，这种扩压器可以改善其内部流动，提高自身的压力恢复系数和效率，从而改善离心压缩机的整级性能。     

部分叶高串列扩压器对离心压气机性能的影响

为了保证离心压气机压比同时拓宽其稳定工作范围,将部分叶高概念引入串列扩压器设计中,获得部分叶高串列扩压器,并基于数值方法研究串列叶栅前后排叶片相对周向位置以及前排叶片相对高度对离心压气机与串列扩压器性能的影响.在相对周向位置为30%的串列扩压器基础上,利用不同部分叶高叶片设计串列扩压器前排叶片,获得不同的部分叶高串列扩压器.结果表明:串列叶栅前后排叶片相对周向位置对扩压器的扩压能力以及稳定工作范围有很大影响,当相对周向位置处于20%~30%内时离心压气机的整体性能达到最佳;与原离心压气机相比,当前排叶片相对高度h/B分别为40%和50%时,离心压气机的喘振裕度可分别增加21%和25%,总压比和等熵效率仅下降1%左右.     

叶片安装角对离心压气机扩压器气动性能及失速机理影响研究

为了研究离心压气机扩压器异常叶片对于失速现象的诱发效果，以带有叶扩压器的高速离心压气机为研究对象，通过整体或局部改变扩压器叶片安装角，开展非定常数值模拟研究并与实验结果对比验证，研究叶片安装角改变对离心压气机性能、动态特性以及失速机理的影响规律。研究表明：整体负方向旋转叶片安装角会促使扩压器更加不稳定，旋转角度从-5°到5°，最高效率点对应的质量流量逐渐增大。其中安装角偏转+5°扩压器叶片前缘靠近轮缘壁面发生流动分离，诱使无叶区间产生回流；而偏转-5°扩压器轮毂附近的流动分离主要发生在尾缘，造成扩压器叶片吸力面附近产生大范围回流。单个叶片安装角发生较大偏转(大于10°)时，扩压器比叶轮更早进入失速状态，且失速的机制可能会随着安装角偏移的增大发生改变。     

部分叶高串列扩压器对离心压气机性能的影响

为了保证离心压气机压比同时拓宽其稳定工作范围,将部分叶高概念引入串列扩压器设计中,获得部分叶高串列扩压器,并基于数值方法研究串列叶栅前后排叶片相对周向位置以及前排叶片相对高度对离心压气机与串列扩压器性能的影响.在相对周向位置为30%的串列扩压器基础上,利用不同部分叶高叶片设计串列扩压器前排叶片,获得不同的部分叶高串列扩压器.结果表明:串列叶栅前后排叶片相对周向位置对扩压器的扩压能力以及稳定工作范围有很大影响,当相对周向位置处于20%~30%内时离心压气机的整体性能达到最佳;与原离心压气机相比,当前排叶片相对高度h/B分别为40%和50%时,离心压气机的喘振裕度可分别增加21%和25%,总压比和等熵效率仅下降1%左右.     

振荡作用下气液两相流的流动特性

为研究高强化活塞冷却油腔内气液两相流的振荡流动结构对其强化传热效果的影响,对矩形空腔内气液两相流的振荡流动过程进行了实验研究。结果表明:气液两相流在起振阶段和充分振荡阶段的振荡流动规律有着明显的区别,起振阶段两相流以"爬壁"运动为主,而充分振荡阶段两相流则以"绕壁"运动为主;振荡频率主要影响两相流中气泡的状态和湍流强度,而填充率则主要影响两相流的流动形态和运动规律,在起振阶段振荡频率和填充率对起振阶段时长和最大气泡尺度的变化都有显著影响,而在充分振荡阶段,振荡频率对于气泡尺度的影响要明显高于填充率。     

低流阻系数轴流式止回阀的内部流场分析

为了设计公称直径为DN200的低流阻系数轴流式止回阀,并准确分析其压力损失和流阻特性,在其原有的结构基础上,用汇源法设计止回阀的阀芯结构,得到结构优化后的轴流式止回阀。基于FLUENT(商用计算流体力学)软件提供的标准k-ε两方程湍流模型,对结构优化后的轴流式止回阀进行三维流道数值模拟,求解出不同工况下的压力云图和速度流线图,计算出优化后的止回阀流阻系数在0.272以下,小于优化前的0.4。最后,总结出进口压力、进口速度与流阻系数之间的关系。计算结果表明:在止回阀流道结构保持不变的情况下,影响止回阀流阻系数的主要因素是进口平均速度,随着进口流速的增大,止回阀的流阻系数呈逐渐减小的趋势;在进口速度保持不变的情况下,进口压力的变化对止回阀的流阻系数影响较小。     

缸盖冷却水的单相流沸腾模型

针对缸盖水腔内的冷却水流动沸腾传热计算,本文介绍了两种单相流沸腾模型。模型认为流动沸腾总传热量等于泡核沸腾和单相对流传热之和,其中泡核沸腾传热计算采用修正后的容积沸腾传热计算公式。BDL模型在Chen模型的基础上作了改进,考虑了冷却水局部流动参数及饱和状态的影响,适用于局部流动传热计算。     

轴流泵内部流场的数值模拟

为更深入研究轴流泵并了解其流道内流场特性,结合南水北调东线工程某泵站模型能量试验数据,采用计算流体动力学软件Fluent, 在多重参考系坐标下,运用基于壁面律的RNG κ〖KG-*6〗 ε的湍流模型对模型泵进行数值模拟。 计算采用交错网格的有限体积法求解三维不可压Navier Stokes方程, 进口压力值选为0。通过计算预测了泵的水力性能,并与模型试验结果进行了比较,结果显示设计工况下数值预测与试验数据值吻合较好,非设计工况下偏差较大。     

缸盖冷却水的单相流沸腾模型

针对缸盖水腔内的冷却水流动沸腾传热计算,本文介绍了两种单相流沸腾模型.模型认为流动沸腾总传热量等于泡核沸腾和单相对流传热之和,其中泡核沸腾传热计算采用修正后的容积沸腾传热计算公式.BDL模型在Chen模型的基础上作了改进,考虑了冷却水局部流动参数及饱和状态的影响,适用于局部流动传热计算.     

轴流泵内气液两相流动的数值模拟

为进一步揭示轴流泵的气液两相流动的一般规律,基于ANSYS软件对轴流泵的气液两相流动三维流场进行数值计算与分析,研究了叶轮及出口导叶的压力面和吸力面的静压分布及气泡体积分布情况。结果表明,叶轮流道内,同等气泡体积分数下,当气泡粒径增大时,压力面上的气泡会由叶片出口处向着靠近轮毂处减少;而吸力面上的气泡会由进、出口处向着叶片中部靠近轮毂处聚集。气泡粒径不变时,当气泡体积分数增大时,叶片压力面上的气泡会由进口及轮缘处向着出口靠近轮毂处聚集;而吸力面上的气泡会由进、出口处向着叶片中部靠近轮毂处聚集。导叶流道内,同等气泡体积分数下,当气泡粒径增大时,叶片压力面上的气泡会由出口及轮缘处向着进口靠近轮毂处聚集,出口靠近轮缘处气泡越来越少;而吸力面上的气泡会由叶片进、出口向着叶片中部慢慢扩散。气泡粒径不变时,当气泡体积分数增大时,压力面上的气泡会由进口靠近轮毂处向着出口靠近轮缘处扩散;而吸力面上的气泡会由叶片进、出口向着叶片中部扩散。     

模型试验中的阵发性不稳定流态及折冲流——李家峡水电站左底孔试验中的两个问题

本文证实李家峡水电站左底孔不存在阵发性不稳定流态问题,模型上的这种不良流态是模拟条件引起的。文章分析了与折冲流有关的因素,如压差、压力和流速梯度以及渥奇面参数,进而提出了修改方案,基本解决了该孔存在的折冲流问题。     

全冠与部分冠轴流涡轮流动的数值模拟

采用数值模拟方法对某1.5级轴流带冠涡轮的流场进行了研究,分析了全冠、部分冠以及改进的部分冠密封的流场及总体参数。研究结果表明,相对于全冠密封,未改进的部分冠密封降低了涡轮的效率,而改进的部分冠使效率提高到与全冠基本相等。由于叶冠容腔泄漏流周向速度与主流速度不同,导致90%以上叶展出口气流角小于主流的出口气流角,与未改部分冠相比,改进的部分冠减小了这种气流角差别和掺混损失。未改部分冠前部存在压力面向吸力面的横向流动,这种流动造成很大的损失,而改进的部分冠密封减弱了这种横向流动。     

Two-Phase Flow Distribution to Tubes of Parallel Flow Air-Cooled Heat Exchangers

Abstract

This paper addresses two-phase flow distribution phenomena in multiple header–tube junctions used in heat exchangers. Because of phase separation, it is very difficult to obtain uniform two-phase flow distribution to the branch tubes. The flow distribution is strongly influenced by the header orientation (horizontal or vertical) and the number of branch tubes. Other factors that influence the flow distribution are the flow direction in the header (upflow or downflow), the header shape and tube end projection into the header, and the location and orientation of the inlet and exit connections. The source of maldistribution is the flow in the dividing headers. Work performed by the authors and others (including patents) are discussed. The possibilities for eliminating two-phase flow maldistribution are identified and discussed. This investigation shows that solutions, which provide uniform flow distribution, are very design-specific. Change of the geometry or operating parameters will require modification of the design.     

气固两相分支流动的流动特性研究

本文选择了两种平均粒径相近(均为2 mm),密度不同的固相颗粒(空心玻璃珠和小米)作为输送原料进行管网分流分析,通过逐渐降低来流输送空气流量,依次改变气固两相流体固气质量比、两分支管路间夹角的大小等因素,对比两种固相物料在分支管路中各自阻力特性的变化和两分支管路相互间的压差变化规律。