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。     

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。     

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。     

脱硫除尘用风机流场模拟及其结构优化研究

对某脱硫除尘用离心风机进行流场模拟和结构优化研究,设计了风机叶轮结构,建立脱硫除尘风机的流道模型,通过FLUENT软件对脱硫除尘离心风机流场进行数值模拟.按照L9(34)正交表,选取叶轮进口直径、叶轮直径、叶片进口角、叶片出口角参数作为设计因素,设计了9组方案,通过正交试验分析了4种几何参数对风机性能的影响,得出叶轮出口角是影响效率和噪音的主要因素,并提出优化设计方案.以风机效率最大为第一目标函数,风机噪音最低为第二目标函数,以D1,D2,βb1,βb2,Z为设计变量加以约束条件,用遗传算法对风机噪音和效率进行多目标优化,获得了最优叶轮结构参数组合,优化后的脱硫除尘风机效率高于原风机,且噪音得到有效控制.     

300MW汽轮机中压缸多级叶片气动设计与分析

为了改进某汽轮机中压缸的气动性能，对其前3级的直静叶设计提出反扭或弯扭等多种改型方案，并运用计算流体力学（CFD）方法对原方案和改型方案的内部流场进行了数值模拟．根据计算结果分析了不同方案下的级内流动特性和气流参数变化，给出了各方案下的多级效率．计算结果表明，静叶扭转减小了动叶的相对进气角，从而使多级效率有所提高．静叶的弯曲改型对多级效率的影响不明显，但能改善叶间流场的分布形态．     

离心泵内部流场性能优化

为了提高离心泵的工作效率，课题组根据设计要求对其进行水力计算，利用CFturbo软件对离心泵进行三维造型设计，将模型导入ANSYS ICEM进行网格划分，利用FLUENT求解器对不同流量工况进行数值模拟计算，比较不同工况下的流场分布。此外，通过数值模拟方法对水泵进行扬程、轴功率和效率等性能参数计算，并将结果与CFturbo的预测值进行对比，结果显示二者的性能曲线趋势基本一致，运用遗传算法对离心泵的水力性能进行优化，对比优化前后的性能曲线，结果表明优化后离心泵的工作效率得到提高。     

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。     

多分流叶栅S_1旋成流面上的气动正命题有限元新解法及试验研究

分流叶栅或串列叶栅的流场计算和试验研究是透平机械S_1流面问題中的一个重要课题。但求解分流叶栅或串列叶栅的气动正命题是比较困难的,主要在于确定准确的出气角和绕分流叶片的环量值或者分流比。本文在用有限元素法求解多分流叶栅或串列叶栅S_1任意旋成流面上的气动正命题时,把绕叶片的环量位作为无节点的自变量进行直接求解,而不是把它作为一个强加边界条件来处理,从而避免了以前为使叶片尾缘满足广义库塔条件所需的迭代过程。计算与实验结果吻合良好。本文还用自编的程序对多分流叶柵进行了多方案的计算,提出了一种气动性能较好的汽轮机高压隔板多分流叶栅设计,并对这种多分流叶栅和带不同加强筋的叶栅进行了静吹风试验,试验结果表明,这种多分流叶栅比原来带加强筋叶栅的流动损失明显下降。     

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．     

轴流式叶栅内部流动变工况性能的计算分析

应用有限元方法求解不可压黏性流动Ｎ－Ｓ耦合方程，对ＮＡＣＡ叶型的叶栅在不同冲角的条件下，叶栅内部的流动作了较为完整的计算分析。结果包括叶片表面的压力分布、叶片表面法向的速度分布以及表面摩擦系数。在计算中，采用了Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ湍流模型和壁面函数以提高计算的速度。结果表明：冲角不仅对叶片表面的压力分布，而且对叶片附近的流动状态，特别是在叶栅流道的后半部，有很大的影响。     

低型损叶栅气动设计方法

从改进气动负荷分布和边界层特性着手，研制了一套可供叶栅的优化设计与改型的计算方法与程序，本方法充分考虑到工程设计的要求，在优化过程中避免采用过多的数学手段，而注重气动分析对叶片设计的指导作用，叶片造型计算由正、反问题交替迭代进行，具有良好的可靠性和直观性。实例计算取得了满意的结果。     

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.     

微型离心风机内部流场的三维模拟与分析

采用修正的k-ε湍流模型对某一微型离心风机内部流场进行三维数值模拟,其结果与试验结果的对比表明,数值模拟具有较好的准确性和可信度.通过对数值模拟结果的分析捕捉到了风机内部许多重要的流动现象,发现压力和速度的分布具有明显的不对称性,靠近出口处更加显著.同时还发现风机出风口的流量和流速的分配也很不均匀.     

多级轴流风机轴向间距变化对性能的影响

运用三维黏性流动计算软件 NUMECA - FINE对1台多级轴流风机进行了数值模拟计算.针对3种不同动静叶排轴向间距,重点分析了轴向间距的变化对风机性能的影响.结果表明,在额定流量附近随着动静叶排轴向间距减少,动静叶片间距对风机的效率和压升影响不大.因此,适当改变风机动静叶排轴向间距不会影响风机压升和效率,从而可减小多级风机的轴向尺寸,以方便发电机结构布置.     

一种桨扇的气动设计和数值仿真研究

在NASA的SR-3桨扇构型基础上,生成了一种8叶桨扇模型。通过准定常数值仿真,得到了不同工况下该桨扇的总体气动性能变化规律及其流场特征,并研究了设计工况下,桨扇叶片数对桨扇总体性能及叶片气动性能的影响。结果表明:该桨扇模型具有较高的推进效率,可为进一步的工程应用提供参考。     

抛雪风机的气固两相流场数值分析与结构优化

为探究抛雪风机在抛雪作业过程中内部流场的流动特性,揭示流场作用下雪的速度和浓度分布情况,优化风机结构,改善风机的抛雪性能,以自主研制的公铁两用除雪车为基础,利用CFD方法,建立了风机内部流场的气固两相流数值模型,对风机抛雪过程进行仿真研究。同时,对风机机壳形状、风扇叶片数以及叶片安装倾角等机构参数对气固两相流场和抛雪的影响进行了模拟分析与对比研究。结果表明:适当的机壳形状有利于改善流场的流动状况,提高抛雪能力;当风扇叶片安装倾角为0°、叶片数目为4时,风机内部流场流动情况更有利于积雪的抛送和减少能量的损耗。     

基于性能预测的水泵优化设计方法

应用半经验、半理论的方法,提出了一种符合工程设计实际的水泵性能预测与分析方法.利用水泵进出口速度分布等宏观物理参量描述流体在叶轮流道内的流动,借助速度三角形分析计算离心泵内的各种损失,揭示了几何参数对水泵性能的影响趋势,并对水泵进行了综合性能预测.结果表明,该方法输入变量少、易于编程、计算速度快,可预测设计工况和非设计工况下的水泵性能.     

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。     

基于空气动力学的变后掠翼翼身组合体变后掠规律基础研究

变后掠翼技术能使飞机兼顾高速和低速飞行性能,大幅提升飞机的经济效益和作战性能。以寻求最佳变后掠规律为目标,基于CFD数值模拟方法设计并研究了一种翼身组合体模型的空气动力特性,为后期结合Matlab计算工具和标准遗传算法,求得指定高度下的最佳变后掠规律提供了有效的依据。     

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.