基于CFD的多翼离心风机叶轮结构设计

针对叶轮出现回流、部分叶道存在边界层分离而导致多翼离心风机气动性能下降的问题,课题组通过CFD 数值模拟方法和采用多目标多工况优化方法对风机叶轮进行改型设计,并将该研究结果应用于600 mm×600 mm暖风机的改进方案中。研究结果表明：风机叶轮叶片进口角由61°变化到30°,叶片型线采用样条曲线以及叶片数减小至40片,并采用预估导流板型,可以有效改进出风罩内气体旋涡、回流和叶道内分离的问题;优化后风机流量增大至107.28 m/h,较原风机模型增大了22%,同时风机效率也得到相应的提升。通过减小空调暖风机叶片数、增大叶轮外径、增加叶轮高度以及增大进口直径的方法,使得风机出口速度提升了3倍多,同时出口处回流基本消失。叶轮结构改型设计后风机的性能有了较大的提升。     

取水泵叶轮水力设计及内部流场数值模拟

为了研究漂浮取水泵内部流场分布规律,根据泵水力设计理论对叶轮进行了参数计算,基于Pro/E建立了叶轮 和内部流场模型,利用FLUENT对内部流场进行了数值模拟,得到了漂浮取水泵的外特性曲线、压力和速度分布规律。 结果表明：泵的功率曲线呈现驼峰状,效率曲线存在较宽的高效区;叶片受静压呈现旋转中心低,边缘高的总体趋势;泵 叶片速度较大,隔舌和扩散管底部速度较小;在额定流量工况下,叶轮表面液流速度分布趋于均匀,流场分布较合理。研 究结果可为优化叶轮几何参数、改善内部流场分布以及提高泵的效率提供一定参考。     

基于旋转导叶的离心风机气动流场仿真

为了改善离心风机的气动音质，课题组设计了一种带旋转导叶的离心风机，采用多重参考系（multi reference frame， MRF）方法，实现带旋转导叶的离心风机流场仿真，分析了添加与不添加旋转导叶情况下旋转导叶数和旋转导叶型线对离心风机流场的影响。结果表明：旋转导叶能有效地均匀离心风机的流场，为离心风机气动音质的改善创造了有利条件；存在最佳的旋转导叶数，使得在流场分布较为均匀时离心风机做功效率最高；旋转导叶型线为反S形时离心风机流场的均匀性明显优于正S形型线。工程应用结果与仿真结果一致。     

出风罩结构改型设计对多翼离心风机性能的影响

为了改善小型多翼离心风机出口存在的气流死角及大面积旋涡现象,在原风机结构基础上通过调整出风罩倾斜角对其进行改型设计,并结合数值模拟和实验测量的方法,研究出风罩改型设计对多翼离心风机性能的影响。结果表明：根据出口气流组织分布特点对出风罩倾斜角作相关调整, 能够有效改善风机内部流体流动情况,减小旋涡强度及其影响区域,增大有效流通面积进而达到提高风机性能及优化噪声的效果。分析改型前后风机气动性能和噪声测试结果可知,改型风机出口静压提升约20 Pa,最大全压效率较原型机提升约4.7%。同时,由于出风罩倾斜角度的增加减小了叶轮出流对风机出口左侧壁面的冲击,从而使风机气动噪声得到控制,各频段A计权声压级平均降低3.5 dB。研究结果证明该出风罩结构改型设计方法不仅能提高风机性能,还能达到降低噪声的效果,具有一定工程应用价值。     

离心风机旋转叶片表面压力分布实验研究与三元数值分析

本文利用作者自行设计的机械密封式压力传输器，对离心通风机旋转叶片表面静压分布进行测量，并绘制出静压分布曲线，将此曲线与三元流变分有限元程序的计算结果进行比较分析，得出若干结论，可为离心风机的工程设计提供借鉴．     

三元流理论在风机设计、改型中的应用研究

本文用加大叶片进出口安装角及增多叶片数,并用三元流动理论计算流场的方法对叶型进行了有效的改进,从而使高效的工况范围扩大并提高了大流量时的压头。从给出的三个流面的叶片表面速度分布可看出:改型后叶轮具有较好的气动性能及较大的作功能力。而经实验验证表明理论分析与实验结果基本一致。本文提供的实例说明用三元流理论与工程设计、实验相结合来设计和改型风机是一个切实有效的方法。     

冷却风机性能试验的仿真计算方法研究

针对冷却风机在设计优化过程中存在试验成本高和效率低等缺点，课题组提出了基于CFD的风机性能试验仿真方法。冷却风机性能试验仿真以CATIA建模软件和FLUENT流体仿真软件为基础，通过CFD计算，实现对冷却风机气动性能参数的分析与研究。仿真的湍流模型采用RNG κ ε模型，旋转模型采用MRF多重参考坐标系模型，求解方法选用SIMPLE算法。通过仿真数据与试验数据的对比，得出各性能参数的仿真误差均在9%以下，仿真精度在可接受范围内。研究结果表明：冷却风机性能试验仿真的条件设置和计算方法可以满足一般工程应用；仿真模型具有一定的应用价值，可以利用其研究冷却风机的气动性能。     

混砂车搅拌叶轮流固耦合模态分析研究

为了研究流体作用力、离心力及重力等载荷对混砂车搅拌叶轮模态的影响,建立了混砂车搅拌系统的三维模型,分别对叶轮的静态模态和预应力模态进行了分析。结果表明：各载荷对混砂车叶轮模态固有频率影响不大,叶轮在两种工况下固有频率变化较小,最大变化率仅为0.61%;在流固耦合作用下叶轮振型的第2 阶及第3 阶振型最大值有所减小,其他各阶振型最大值无显著增大。     

微型燃气轮机叶轮内流动的研究

对Honeywell Parralon 75型微型燃气轮机的压气机与向心透平叶轮内的流动进行了数值研究，该机为单轴单级，压比为4／1，流量为0．68kg／s．计算方法基于Jameson格式，湍流模型选择Baldwin-Lomax模型．计算结果为分析叶轮流道内二次流的形成与发展提供了详细的流动结构．压气机叶轮采用分流叶片，可以延缓横向二次流的发展，降低叶片吸力面扩压程度，减小叶轮出口尾迹的强度与范围，对提高叶轮效率起到决定性的作用．透平叶轮流道内部的损失区主要集中在吸力面一侧，叶顶间隙的泄漏流动使得吸力面与叶顶间的角隅区的损失有明显加大，控制叶轮的径向间隙对控制流动损失有明显作用．     

三种二元变几何超声速进气道的调节方案设计及性能对比

为了满足宽马赫数进气道的正常高效工作,要求进气道在低马赫数下内收缩比小、易起动,高马赫数下内收缩比大、总压恢复系数高,对于二元进气道通常采用调节进气道楔面角度来改变前体激波角度和喉道截面高度的方法来实现。针对一种工作来流马赫数范围为2.0~4.0的三波系二元超声速进气道,首先设计了一种定几何进气道,在此基础上研究了3种不同的变几何楔面调节方案。分别是调节第1级楔面压缩角、调节第2级楔面压缩角以及1级和2级楔面压缩角同时调节,然后对4种定/变几何进气道气动性能开展了数值仿真研究和性能分析。与定几何进气道方案对比表明:采用变几何调节方案可以获得较高的气动性能,总压恢复系数与进气道流量最大可分别提升53.7%和22.3%。     

微型轴流风扇扭叶片设计及其气动分析

通过推导微型轴流风扇叶片出口轴向速度沿叶高的分布方程,提出了一种考虑轴向速度非均匀性的扭叶片设计方法.通过计算流体动力学(CFD)技术,对利用该方法所设计的各种形式扭叶片的气动性能及其变工况时的气动特点进行了数值研究,并比较了工作于自模区与非自模区风扇的气动性能差异.研究结果表明,与自模区的风扇相比,非自模区的风扇压力曲线没有最高压力点,随流量减少压力几乎呈线性增加,且无失速点;效率曲线则显得更为平坦;按刚性涡设计的扭叶片虽效率低,但风压高;提高叶轮的轮毂比有助于提升风扇压力与效率.     

多级离心压缩机级间静止部件气动特性与旋涡结构的数值研究

通过CFD技术对某型多级离心压缩机内的流动进行了数值模拟,重点研究了多级离心压缩机级间装置如回流器、两类弯道内气动特点及其旋涡结构的特征,旨在揭示气流经弯道与回流器后气动参数的变化规律.结果表明,不同位置的弯道对流动的影响是截然不同的.由于这些静止部件对流体的扰动,使次级动叶的进口来流工况点偏离设计值,易于造成整机气动性能的下降.因此,多级压缩机的动叶设计应对来流的不均匀性加以充分考虑.     

弯掠动叶对旋转失速流场的影响

给出了弯掠动叶和径向（常规）动叶旋转失速工况下流场的实验结果，论述了这两种叶片在变工况下的性能差异以及弯掠动叶对旋转失速特征参数的影响，进行了失速前后有关试验数据的对比分析，讨论了弯掠动叶引起旋转失速流场变化的机理及对流场的改善作用．     

蜗壳进口周向非均匀流动的一种迭代计算方法

提出了通过叶轮与蜗壳 工计算来求解蜗壳内流场的方法，该方法边界条件处理简单，并能在并不增加很多计算量的基础上模拟出蜗壳进口周向流动的非均匀性，从而突破了在计算单个蜗壳时，其进口只能给均匀边界条件的局限性，通过对一蜗壳的试算结果表明，在设计工况下，蜗壳进口周向流动比较均匀，而在变工况下，特别在蜗舌附近，流动的非均匀性要强烈得多。     

旋转信号光电转换串行发送系统的实验研究

通过对旋转风机叶片表面压力信号测量的应用，介绍了风机实验台的信号光电转换系统的结构及原理；通过在动静系统分别加入微处理器，分析并选用了与之相适应的串行发送方式和电路设计；实现了对采样数据的储存和分时发送，并将二次发送校验系统和数据返回式校验系统分别运用到旋转系统中，解决了动静系统的信号可靠传输问题。     

蜗壳进口周向来流的非均匀性对其流动影响的数值研究

运用冻结转子方法对离心风机整机流场进行了三维准定常数值模拟,捕捉到了由于蜗壳的非对称性所造成的蜗壳进口非均匀流动现象,揭示了由于进口非均匀来流所导致的蜗壳内的一些特殊流动现象．研究证实了由于蜗壳的非对称性而导致叶轮与蜗壳的相互作用时会引起整个流场非对称的流动特征。     

类矩形双肢钝体涡致振动和气动抑振机理

针对具有类矩形双肢钝体断面拱肋的大跨度拱桥在风洞试验过程易出现大幅涡激振动问题，沿拱肋模型表面进行动态风压同步测量及基于POD算法的本征气动力荷载分布模式分解，获得了涡振发生时对于周期性涡激力具有最大贡献的气动力荷载作用位置，初步揭示出此类断面涡激动发生时的局部气动力荷载作用机制。以上海卢浦大桥和肇庆西江特大桥此类具有双肢钝体断面拱桥为工程实例，结合涡激气动力沿拱肋周向时空气分布特征，提出并以二维悬吊节段模型风洞试验验证了拱肋断面多种有针对性的气动控制措施；结合实际桥梁拱肋的三维空间效应，利用全桥气弹模型     

离心泵叶轮半圆形切割方法

针对现有的传统叶轮切割方法的不足,提出了一种叶轮特殊切割方法——半圆形叶轮切割方法,利用CFD数值 模拟的方法,对多工况不同尺寸半圆形切割方案下的泵模型开展相关研究。结果表明,这种半圆形的叶轮特殊切割方法 可以改善泵外特性曲线,消除驼峰,还可以显著地提升泵的扬程性能指标;半圆形切割方案的最佳切割直径d为叶轮出 口宽度h,的0.4倍;此外,通过对流场流动特性的分析得出,半圆形叶轮切割方法之所以有显著效果,是因为切割后叶轮 出口及蜗壳处的压力梯度和速度梯度较低,速度和压力分布要比模型泵内的分布更均匀,使得泵内混合冲击损失变小。