采用指数插值方法来生成离心叶轮内部复杂流道的三维贴体网格.在流场计算中运用有限解析法对叶轮机械内部流场的统一方程进行离散.通过采用交错网格系统实现各计算点压力值的紧密相关,并用SIMPLER算法进行求解.采用改进的jacobi线迭代法求解代数方程组,实现了对离心叶轮内部复杂流场的数值模拟.以某实际离心叶轮为例,将数值计算结果与其测量值相比,两者吻合较好,表明了该数值求解方法的有效性.

提出了一种通过叶轮与蜗壳迭代计算求解蜗壳内流场的方法,该方法边界条件处理简单,并能在不太增加计算量的基础上模拟出蜗壳进口周向流动的非均匀性,突破了在计算单个蜗壳时,进口只能给均匀边界条件的局限性.实例计算结果表明: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.

基于试验结合数值方法对某轴流压缩机进行了噪声研究,并分别得到了该压缩机声压的幅频曲线和总声压级。两种方法得到的动叶频率,2倍叶频和3倍叶频幅值的相对关系基本一致;由于机械噪声的影响,试验方法所得到总声压级大于数值模拟法结果。通过对比两种方法所得到的结果,不仅证明了数值方法预测轴流压缩机噪声的可行性,还证明了数值方法可在轴流压缩机设计阶段为低噪声机组选型提供理论基础。

本文详细论述了风扇相似设计理论在牵引电机风扇性能及噪声优化应用中的方法,依据某气动性能较好的参考风扇设计了适合自通风型牵引电机的低噪声新风扇来替换原有风扇。同时基于自通风型牵引电机的非定常流场仿真结果,建立有限元声学计算模型,仿真计算了该电机在最高转速下的气动噪声,获取了由电机风扇产生的气动噪声幅值与频谱特性。通过对安装原风扇与优化后风扇电机的气动噪声计算结果进行对比,表明安装相似理论设计风扇的电机在高转速时有非常明显的降噪效果,达到了优化设计的目的。同时表明风扇相似设计理论在自通风型牵引电机降噪设计中具有一定的应用前景与推广价值。

翼型冠是控制涡轮叶片叶顶泄漏流动的一种叶顶结构。在翼型冠涡轮叶栅气动性能的数值模拟中,为降低计算成本,本文采用了一种基于源项的CFD技术。该方法无需构建翼型冠真实几何结构和生成贴体网格,只需在叶顶附近构建源项域并采用均匀网格进行离散,随后在网格点上定义材料多孔度,并在控制方程中引入与多孔度有关的源项函数。采用基于源项的数值模拟方法,首先计算了某一翼型冠涡轮平面叶栅的气动流场,并分析均匀网格尺寸和湍流模型方程源项对计算结果的影响。然后,在翼型冠源项基础上,分别增加了密封齿和叶顶喷气源项,以研究源项法在有密封齿和有叶顶喷气翼型冠叶栅性能计算中的准确性。通过与基于贴体网格(即真实结构)的数值模拟结果相对比,发现源项法计算能够较准确地评估翼型冠、密封齿和叶顶喷气对涡轮叶栅气动性能的影响。...

随着机器学习方法的不断发展,形成了各类算法,已有学者将其应用于流体机械的流动计算、流动控制以及优化设计。以深度学习为代表的机器学习方法具有强大的归纳学习能力,能够自主进行特征学习,不仅可以直接利用实验和数值模拟数据,从中挖掘出潜在的流场信息,更可以在优化设计过程中实现自适应的设计参数探索,以实现快速、鲁棒、全局且高效的优化,因此可以作为一种全新的流体机械优化设计方法。本文概述了流体机械气动优化的现状、机器学习方法的研究现状、机器学习在流动计算、流动控制以及流体机械优化设计中的应用现状,并指出了深度学习在流体机械优化设计上的应用前景。

本文采用Ffowcs Williams and Hawkings(FW-H)声类比法对圆柱-翼型干涉流场在来流翼弦雷诺数Rec=4.8×105条件下的噪声指向性分布规律进行了研究。研究了不同精度的湍流求解方法RANS和DDES对流场中速度分布以及非定常速度脉动的预测准确性,进一步对流场中不同位置的声压级进行预测。通过与实验数据对比,验证并且评估FLUENT中FW-H气动噪声模型的精度,最后对圆柱翼型间的不同距离和来流速度对各个噪声监测点的总声压级影响进行了研究,讨论其对噪声的影响规律及噪声的指向性分布规律。本文研究结果有助于验证气动模型准确性,对于下一步采用该模型预测其它复杂结构产生的气动噪声问题具有指导意义。

基于逆向工程技术提取长耳鸮翅膀沿展向40%位置处的截面型线进行仿生翼型叶片重构,按照型线厚度分布规则应用于轴流风机叶片的改型设计中。由于轴流风机叶片的弯掠变化对风机气动性能有较大的影响,本文以原型风机的中弧线分布为依据,采用鸮翼的厚度分布进行轴流风机叶片的仿生设计。采用大涡模拟方法结合声类比FW-H方程的求解,对轴流风机的气动性能和噪声进行了数值模拟计算,并与原型风机性能进行比较,揭示了仿生叶片对轴流风机气动性能和噪声的影响。研究结果表明:仿生翼型既能保证轴流风机的气动性能,又能在一定程度上降低轴流风机的气动噪声。仿鸮翼叶片特殊的厚度分布有效降低了叶片表面的非定常压力作用和叶片表面的声压脉动强度。从获得的轴流风机的气动噪声频谱图可以看出:采用仿鸮翼叶片能够降低轴流风机中低频区域的...

为满足火电厂及钢厂需求,开发了UA新型静叶可调轴流风机。本文对UA新型静叶可调轴流风机及其加装KSE装置后的气动性能进行数值研究,采用Fluent模拟加装KSE装置前、后及KSE叶片在不同位置对风机失速性能的影响,研究结果表明:风机中加装KSE装置,能够提高UA新型静叶可调轴流风机(特别是前导叶为小角度时)的失速性能,且风机效率变化较小。当KSE叶片在KSE装置内部位置不同时,其对风机失速性能也有一定的影响,当KSE叶片位于KSE装置中部时,其能够提供最优的失速性能,且风机效率基本不变。

为了探究轮盖密封和轮盘密封对压缩机级性能的影响,文章以某台氨制冷压缩机其中四级为研究对象,数值分析了考虑密封前后离心压缩机级的性能。计算结果表明当压缩机级的静-总压比相同时,考虑密封后,离心压缩机级在整个流量工况范围内的总压比和等熵效率都有所降低,且在小流量工况时下降更为明显;在同一级中,轮盖密封泄漏比轮盘密封泄漏严重;在同一压缩机中,随着压缩机级压差的增大,密封对级性能的影响逐渐变大。考虑密封后,密封内泄漏使得离心压缩机级的性能降低,设计点的质量流量降低了约3.5至5个百分点,等熵效率降低了约1.5至6个百分点。