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．     

全封闭压缩机壳内制冷剂传热特性的实验研究和数值分析

全封闭制冷压缩机的结构和热力特性与开启式有较大区别，其流动和传热特性也很复杂，本文讨论了用实验手段测定壳内介质对流换热系数的方法，提出了用流函数－涡量法来计算壳内介质温度场和对流换热系数，为正确设计全封闭压缩机提供了重要依据．     

等离子体激励控制圆柱绕流的大涡模拟研究

基于非对称布局表面介质阻挡放电(SDBD)等离子体气动激励主动流动控制技术及大涡数值模拟方法,探究等离子体气动激励对亚临界雷诺数范围内三维无限长圆柱绕流气流分离的控制,进而改善圆柱绕流气动特性。在固定等离子体激励器激励参数条件下,探究了不同来流雷诺数和等离子体激励器安装位置对流动控制效果的影响,并通过分析在等离子体流动控制下圆柱绕流分离区流场结构的变化,揭示了其控制机理。研究结果表明:在所研究的雷诺数范围内施加等离子体流动控制对抑制圆柱绕流分离均有一定的控制效果,在3 900雷诺数下几乎可以完全抑制流动分离,但随着来流雷诺数的增加,控制效果会逐渐减弱,当来流雷诺数达到30 000时,几乎没有控制效果;在较低雷诺数条件下,激励器的安装位置对流动控制效果影响明显,其安装位置在靠近尾流分离区的控制效果明显好于安装位置在流动分离之前的位置。     

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。     

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。     

汽轮机中压缸气动设计中的损失分析

运用计算流体力学(CFD)方法对300 MW汽轮机中压缸的3种反动式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流动特性和参数变化,给出了多级效率,并分析了引起级内损失的原因.计算结果表明,反动式与冲动式两种设计方法得到的叶片效率相近;而后部加载叶型能有效抑制二次流,从而降低叶栅损失;叶片的前缘直径及弯曲角度对流场中涡结构有明显的影响.     

任意旋成面叶栅B类气动杂交命题周角函数型变分有限元解

本文建立了任意旋成面叶栅B型周角函数变分有限元方法,并成功地应用于轴流叶栅和离心叶栅的气动设计计算,从而可使叶型设计建立在更加科学和合理的基础之上。     

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。     

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.     

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。     

洗扫车专用风机数值模拟与内流特性分析

针对洗扫车专用风机内流场强旋转和强曲率特点,提出了适宜于分析强旋转和强曲率效应的湍流新模型,并继 而建立了针对洗扫车专用风机的CFD数值模拟策略。研究结果表明：专用风机内流呈现复杂的强旋转效应,该效应下 叶轮间隙流易造成严重的能量损失,叶轮间隙尺寸是专用风机气动设计的关键要素;专用风机叶轮在强曲率、强旋转效 应的作用下,小流量工况时更易出现大面积流动分离甚至回流;不同流量下,回转面静压和总压均呈现出非对称性。随 着流量的增加,静压、总压分布的非对称性会逐渐减弱。分析结果对于提高专用风机的性能,改进其气动特性提供了理 论支持,更好地为生产实践提供指导。     

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。     

基于CFD的离心泵结构参数优化

为获得离心泵的最佳结构参数，根据给定的离心泵设计参数确定离心泵的结构形式和性能评价指标，计算离心泵各结构参数，利用CFD对离心泵进行流场数值模拟分析，设计了叶轮结构L16（45）正交实验表，选择叶轮进口安装角βb1、出口安装角βb2、包角φ、进口直径D1、出口直径D2为正交实验的5个因素，完成了正交实验并对实验结果进行极差分析，得到各结构参数对各优化方向评价指标影响排序及其影响情况，构造出效率最大、汽蚀余量最小条件下的目标函数及统一目标函数，并运用遗传算法对离心泵效率和汽蚀进行多目标优化，得到离心泵的最佳结构组合参数.     

离心泵旋转叶轮内部流场变分有限元解及粘性修正

本文探索研究离心泵旋转叶轮内部流场的数值模拟,为在水泵内部流场计算设计领域引进和推广有限元法提供一种有效手段,同时为水泵叶轮反问题计算设计、优化设计及CAD打下一个良好基础.计算结果表明:本文所建立的计算方法是可行的.     

变离心力场中等截面冷却通道的流量计算和实验研究

本文用数值计算得到的数据集，回归出在变离心力场下，等截面管流由于热阻力引起的变密度流流量减少公式，并用热平衡法在旋转试验台上测量了加热条件下通道内的加热量和平均流速．由实验数据集回归出的流量减少公式与数值计算结果相符．     

多分流喷咀叶栅气动变分有限元分析

在蒸汽透平的高压级中,喷咀叶栅的高宽比相当小,一般l/B<1,端损比较严重。为了减少这种损失,本文提出一种新的由主、分流叶片组成的多分流喷咀叶栅结构,以改善高压级喷咀叶栅的气动性能。为了对这种多分流喷咀叶栅进行全流场计算,本文采用了较先进的气动变分有限元方法。以国产30万千瓦机组高压第一压力级为例,对实际运行的带矩形加强筋的窜喷咀结构,带锥形加强筋的窄喷咀结构以及由主、分流叶片组成的多分流喷咀叶栅结构进行了全流场的气动有限元计算。从计算所得的速度分布曲线可知,带矩形加强筋的窄喷咀结构的气动性能最差,而由主、分流叶片组成的多分流喷咀叶栅的气动性能最好,它是改善蒸汽透平高压级热经济性的有效途径。     

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．