叶轮机三维非定常流动数值模拟的研究

叶轮机械内部流动研究进展叶轮机械在能源、航空、航天等领域具有广泛的应用，其内部流动特性是影响设备性能的关键因素。

近年来，随着计算能力提升和实验技术的进步，叶轮机械内部流动研究取得了一定的进展。

本文将概述叶轮机械内部流动研究的主要成果、不足，以及未来研究方向。

在叶轮机械内部流动研究中，数值模拟和实验研究是两种主要的方法。

数值模拟可以较为精确地预测流场特性，但需要合适的湍流模型和精确的初始条件。

实验研究可以通过测量实际流动参数，对数值模拟结果进行验证，但受实验设备和测量技术限制，实验结果可能存在误差。

近年来，研究人员针对叶轮机械内部流动进行了大量实验研究。

通过测量速度、压力和温度等参数，对流场特性进行了深入分析。

基于实验数据，研究人员还开展了理论分析，提出了多种描述叶轮机械内部流动特性的模型和算法。

这些模型和算法可以较好地解释实验数据，并为工程应用提供了依据。

通过对实验和数值模拟结果的分析，研究人员发现叶轮机械内部流动具有复杂的非线性特性和不确定性。

流场中的涡结构、叶片表面分离和尾迹现象等对设备性能产生重要影响。

流动特性还受到转速、攻角、湍流度等因素的影响。

叶轮机械内部流动研究取得了一定的进展，为提升设备性能提供了有益的参考。

然而，由于叶轮机械内部流动的复杂性和不确定性，仍存在许多需进一步探讨的问题。

未来研究可以以下几个方面：1）发展更精确的数值模拟方法；2）完善实验技术和测量设备；3）深入研究流动特性的物理机制；4）考虑多尺度、多物理场耦合效应。

叶轮机械是工业领域中广泛应用的设备之一，例如在能源、航空、交通等领域。

然而，叶轮机械在工作过程中会产生气动噪声，这不仅会引发噪音污染，影响人体健康，还会降低设备效率，增加能源消耗。

因此，对叶轮机械气动噪声进行研究具有重要意义。

本文将介绍叶轮机械气动噪声的产生机理、研究现状、研究方法以及未来的研究方向。

叶轮机械气动噪声的产生机理主要包括叶片的绕流特点、声源的分布特征以及噪声的传播途径。

增压器涡轮叶片间流体流动的数值模拟增压器是一种在内燃机中广泛应用的机械设备，其主要作用是将进气空气增压，并通过进气管送入发动机中。

增压器的核心部件是涡轮，其叶片通过流体的作用使涡轮转动，从而提高进气空气的压力。

为了更好地研究涡轮叶片中流体流动的规律，我们采用数值模拟的方法进行研究。

首先，我们需要建立涡轮叶片的三维模型，并进行网格化处理。

在网格化过程中，我们需要考虑叶片表面的细节和几何形状，同时保证网格密度足够高，以保证数值模拟的准确性。

然后，我们需要定义流体的物理特性，如流体密度、粘度等。

这些物理特性的定义将对涡轮叶片中流体流动的结果产生重要的影响。

在进行数值模拟的计算时，我们采用了CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）软件进行模拟。

通过对叶片表面的流体流动进行数值求解，我们可以得到流体在叶片表面的压力分布、绕流情况、旋涡度等重要的流体参数。

同时，我们还可以使用该软件提供的动画功能，观察涡轮叶片的转动情况。

经过数值模拟计算，我们得出了涡轮叶片的流体流动结果。

我们发现，流体在叶片表面的流动呈现出多层次的流动现象。

当流体经过叶片的入口时，会产生较强的旋转，然后在叶片的顶部形成一层较强的正压区域。

叶片的底部则形成了一个弱负压区域，不同的叶片之间还存在较为复杂的流动相互影响，整个叶轮的流动非常复杂，需要仔细研究。

最后，我们将通过数值模拟所得到的流体流动结果与实际测试数据进行比对，以验证模拟结果的正确性。

这将有助于我们更好地理解涡轮叶片中流体流动的规律，并为改进增压器的设计提供重要的参考依据。

综上所述，采用数值模拟的方法进行涡轮叶片的流体流动研究，可以更好地理解涡轮增压器的工作原理，并为改进增压器的设计提供重要的理论支持。

预计随着计算机技术的不断发展，数值模拟在研究机械设备中的应用将变得越来越广泛。

对于涡轮叶片中的流体流动分析，我们需要采集相关的数据，并进行深入分析。

涡轮增压器叶片流场的数值模拟研究涡轮增压器是一种常见的发动机增压器，通过利用废气能量，提高发动机的进气压力，增加气缸内的气体充量，从而提高发动机的功率和效率。

而涡轮增压器的核心部件之一就是叶片，它通过高速转动，将气体压缩，使其流动速度加快，进而增加气缸内的气体充量。

因此，叶片的流场特性对涡轮增压器的性能起着至关重要的作用。

为了研究涡轮增压器叶片的流场特性，科学家们使用数值模拟方法进行了深入的研究。

数值模拟方法通过建立数学模型，利用计算机进行求解，模拟真实的物理现象。

在涡轮增压器叶片的流场模拟中，科学家首先根据涡轮增压器的几何形状、边界条件等，建立起相应的数学模型。

然后，利用计算流体力学方法，对流场进行求解，得到流场的速度、压力、温度等关键参数的分布情况。

在涡轮增压器叶片的流场模拟中，流体的运动遵循了流体力学的基本方程，即连续性方程、动量方程和能量方程。

其中连续性方程描述了流体的质量守恒，动量方程描述了流体的动量守恒，能量方程描述了流体的能量守恒。

通过求解这些方程，可以得到流场的各种参数。

在对涡轮增压器叶片流场进行数值模拟的过程中，需要考虑到多个关键因素。

首先是边界条件的设定。

边界条件是指在模拟中设置的一些物理参数，如进气速度、压力等。

这些参数的选取非常关键，它们对模拟结果的准确性和可靠性有着直接的影响。

其次是网格的划分。

计算流体力学方法需要将流场划分成一个个离散的网格点，通过在各个网格点上建立求解方程，最终得到整个流场的解。

在划分网格时，需要考虑到叶片的几何形状和流场特性，合理选取网格密度和大小。

最后是求解方法的选择。

计算流体力学方法有多种求解方法，如有限元法、有限差分法和有限体积法等。

根据实际情况选择适合的求解方法，可以提高模拟的效率和准确性。

通过数值模拟，科学家们可以得到涡轮增压器叶片流场的各种关键参数。

其中最重要的是叶片的压力分布和流速分布。

叶片的压力分布直接影响到气流的加速和流动方向，进而影响到整个涡轮增压器的增压效果。

一种垂直轴螺旋形风力叶轮附近的三维湍流特征220电力与能源第32卷第3期2011年6月一种垂直轴螺旋形风力叶轮附近的三维湍流特征杨敏官,王蔚峰,康(江苏大学能源与动力工程学院,镇江‘汕212O13)摘要:以FIN翼型作为基本翼型,设计了一种垂直轴螺旋形风力叶轮.运用商用CFD软件Fluent对叶轮附近的三维湍流场进行了非定常数值模拟,分析了基本截面在不同迎风角度下的受力特征,获得了在最大力矩系数工况下流场中的流速和压力系数分布,并对比分析了不同扭角时的力矩系数.研究结果表明:采用不同迎风角度基本截面上的合力方向有较大差别,整个叶片上的力构成了复杂的力系;在最大力矩条件下,随着叶轮高度的变化,叶轮内的气流扩散区逐渐增大,压力系数分布逐渐减小;在不同叶片扭角条件下,力矩系数在叶轮旋转过程中的波动特征不同,9O.叶片扭角力矩波动幅度较小,运行相对稳定.关键词:垂直轴螺旋形风力叶轮;数值模拟;三维流动;叶片扭角;运行性能基金资助项目:江苏高校优势学科建设工程资助项目中图分类号:TK83文献标志码:A文章编号:2095—1256(2O11)03—0220—04Three-DimensionalTurbulentCharacteristicsNearaSpiralWindRotorY angMinguan,WangWeifeng,KangCan(SchoolofEnergyandPowerEngineering.JiangsuUniversity,Zhe~iang212013,China)Abstract:ProfileoftheFIN--MPairfoilwasusedasthebasicsectionofspiralvertica1axiswindrotorblad e.Atthesametime,three-dimensionalandunsteadysimulationwascarriedoutfortheflowfieldaroundwin drotorbyusingthecommercialCFDsoftware.Analysistheforcecharacteristicofthebasicairfoilindiffere ntangles,obtainedthevelocityandpressurecoefficientandotheraerodynamicperformanceparametersne artheimpellerunderthemaximummomentcoefficient,comparingthemomentcoefficientofthewindturbine sindifferentangles.Theresultsindicatethatthedirectionoftheforcehaslargerdifferencewiththedifferentwindangle,thewholeleafforceOnformcomplexforcesystem,theforceonthebladeformcomplexsystem.Un derthemaximummomentcoefficient,withthechangesoftheheight,thediffusionareaofspeeddraftingisgr adu—allyincreasedandthedistributionofthepressurecoefficientisgraduallydecreased.Becauseofdifferent distor—tionangles.thefluctuationcharacterofthemomentcoefficientaredifferent,whenthedistortionanglesof thewindturbinesto90degrees,thespiralverticalaxiswindturbineswouldrunrelativelystable. Keywords:Spiralverticalaxiswindrotor;Numericalsimulation;Three—dimensionalflow;Torsional horn;Runningperformance传统的垂直轴风力叶轮有升力型(Darrieus)和阻力型(Savonius)两种类型:Darrieus风力叶轮的结构简单,升力系数高,但启动性能较差,尤其在低风速下很难启动;Savonius风力叶轮的启动性能好,但风能利用系数较低_1].为了提高垂直轴风力机的效率,康灿等人采用螺旋形叶片替代传统Savonius风力叶轮的结构,提高了垂直轴风力叶轮的风能转化效率与运行稳定性[2-3];Ira—bu利用导流箱提高进人Savonius风力叶轮气流的风速;Menet采用两级布置方式来提高风力叶轮的风能转换效率].本文将提出一种新型的螺旋形升阻式风力叶轮,这种叶轮的设计从改变叶轮启动性能和运行稳定性的角度出发,根据H型垂直轴风力叶轮的特点,选取FIN翼型作为组成叶片的基本翼型形状,并将叶片设计为扭曲状.数值模拟是目前分析风力叶轮气动性能的有效手段之一.郑云,吴鸿斌等人针对小型H型垂直轴风力叶轮模型,模拟分析了弦长对风力叶轮气动性能的影响[6;金雪红等人采用SSTk一∞湍流模型对H型垂直轴风力机风轮周围的流动进行了二维数值模拟,在不同风速条件下对比分析了风力叶轮附近的关键流动参数分布_7].虽然这些数杨敏官,等:一种垂直轴螺旋形风力叶轮附近的三维湍流特征221值模拟在边界条件,近壁面区域流动处理,模拟精度等方面尚存在着不足,但在流场的定性预测与流动形态的描述方面具有独特的优点.本文将运用CFD技术对叶轮附近的流场进行三维非定常数值模拟,通过对提出的螺旋形升阻式风力叶轮进行的模拟,探讨沿叶轮高度方向的流动特征和叶片扭曲角度对叶轮的气动性能的影响.1叶轮几何模型螺旋形垂直轴风力叶轮的设计,建立在Dar—rieus垂直轴风力叶轮的结构特点和运行特性的基础上.该叶轮中包含三个均匀布置在叶轮轴心线周围的叶片,叶片的周向间隔呈12O.,可以减轻扭矩波动对风力机运行的影响达到良好的平衡性.叶片的基本截面采用FIN翼型(图1),即叶片由基本截面沿以旋转轴为中心的螺旋线均匀扫掠得到,为了分析不同叶片扭角下的力矩系数,模拟中叶片的螺旋角分别取3O.,6O.,9O.和12O..为了分析流场,沿叶片高度取三个截面(S,S., S.),截面距离叶轮底部截面的垂直距离h与叶轮高度H的比例分别为0.75,0.50,0.25(见图2).X图1FIN翼型图2叶片模型由于叶轮转子并不对称,从迎风方向来看气流作用在叶轮的作用力有差别,对叶轮的作用效果等同于产生了一个绕中心轴的扭矩.2数值模拟螺旋形垂直轴风力叶轮的采用商用软件Fluent作为数值模拟的平台,应用三维雷诺平均的Navier—Stokes方程(RANS)和不同湍流模型进行数值模拟和结果对比.模拟采用SSTk一∞湍流模型,该模型以基本k一∞湍流模型为基础,并结合了k—e湍流模型的优点,能够模拟包含较大尺度分离的流动,模型的稳定性和收敛性大大提高,并且对自由来流的湍流度不敏感.基本模型方程:()+(ui)一熹Sk)~G—Y毒()+()一番(Sx…j]Gm—Y+D+S式中:为湍流的动能;为方程;n和工1分别为与的有效扩散项;和分别为女与的发散项;D为正交发散项.有效扩散项方程:n—+一+g2_式中:,,分别为与的湍流普朗特数.边界条件将来流速度设为8m/s;定义进口边界为均匀速度人口,出VI边界为自由出流;采用滑动网格技术,转动的风力叶轮与其周围流场的交接面设置为Interface.速度项和压力项的耦合采用SIMPLE算法,动量方程的离散采用二阶迎风离散格式,非定常的模拟计算中使用二次时间步长迭代方程.3计算结果分析利用数值模拟可以得到叶轮附近的三维流场,根据模拟得到的三维流场可以分析叶轮附近的流速分布,压力系数分布以及不同叶片扭角下的力矩系数,从中发现随着叶轮高度的变化,叶轮内的气流扩散区大不相同,压力系数分布也逐渐减小,叶轮最佳的叶片扭角为9O..3.1叶轮附近的三维流场1)流速分布对于叶片扭曲角度为60.的风力叶轮的来说,当风力叶轮达到最大力矩系数时,在同一风速和叶轮转速条件下,三个不同截面上速度分布的模拟结果见图3.从图中可以看出,叶轮的内部区域的流动较为复杂,具有典型的非定常性和非线性,并且各个叶片间存在强烈的干扰;气流发生对流,有动量的转换和能量的传递.从上至下比较叶轮三个不同断面下的流场,可以222杨敏官,等:一种垂直轴螺旋形风力叶轮附近的三维湍流特征■■■1.51?00?50.0一O.5-l_0.1?52?0—2?5-30.3.50O00050.100.1502O0.250-300_350.O0弦长/m图4不l司断面翼型的压力系数分布角度的受力分布.由于各个位置处的合成速度和人流角的不同,空气动力的合力F也不一样,因此风力叶轮在所有位置上都会产生一个使叶轮旋转的转矩,又因为在一周的旋转中叶片人流角是不断变化的,所以叶片引起的转矩是波动的.图中叶片翼型在B,C和D三点将产生驱动风力叶轮旋转的正力矩,而在A点翼型将产生负力矩对叶轮的旋转有阻碍作用.将叶片设计呈扭曲形状,同～叶片上不同翼型断面受力不尽相同,可以有效地改变翼型上产生的负力矩,并在转动过程中阻力会逐渐转化为驱动风力叶轮旋转的动力.三图5翼型不同角度F的受力分布叶片扭角分别为30.,60.,90.和120.的四个叶轮,在一个叶轮旋转周期内的力矩系数分布见图6.从图中可以看出,力矩系数波动变化,扭角越大,力矩系数波动的幅度越小.其中叶片扭角为3O.和6O.的叶轮做功能力较强,但是力矩的波动也较大,因此运行稳定性较差,特别是负力矩部分也较大,不利于叶轮的旋转做功.叶片扭角为90.的风机,力矩波动幅度较小,风力机运行稳定,而且产生的力矩大部分为正,负力矩相对较小,效率较高.叶片扭角为120.的叶轮虽然没有负力矩,但是正力矩太小做功能力太差.4结论1)提出了垂直轴螺旋形垂直轴风力叶轮,并杨敏官,等:一种垂直轴螺旋形风力叶轮附近的三维湍流特征223 U嘣Ui2016U儿J上4U2UjU36U400.44UU)ZU56s图6不同叶片扭角的力矩系数分布对断面翼型在不同迎风角度下的受力特征进行了分析.风力叶轮在不同位置时,叶片所受的空气动力会产生一个使叶轮旋转的转矩.2)在最大力矩系数条件下,沿叶轮高度方向取三个不同截面,各个叶片翼型周围的速度场随叶片扭转角度的改变相差较大,各个叶片之间的气流存在强烈的干扰,发生了气流的动量转换和能量传递;在三个从上至下的断面上,翼型上下表面的压差逐渐减小,升力作用也相对减小.3)基于不同扭角条件下,叶轮力矩系数分布不同,随着扭角的增大而减小,而且扭角越大,力矩系数的波动幅度越小,当扭角为90.时,力矩波动幅度较小,并且正力矩系数远大于负力矩系数,有利于风轮的旋转,运行相对稳定.(上接第219页)风电场的升压站应该选用无功功率调节线性度较好的补偿装置.MCR型SVC损耗虽然较高,但价格较低,比较适合于中小型风电场.TCR型SVC的晶闸管直接安装在高压回路中,故障率和损耗均最高,因此不推荐采用.同是TCR型的SVG的价格虽然要比SVC高一些,但占地面积小,运行和维护费用低,因此很适合用于风电场升压站无功补偿.4结论1)对于处于电网枢纽中心的风电场或大型风电场,考虑到电网的稳定性,需要进行潮流计算以确定风电场升压站应补偿的无功容量.2)对于处于电网末端的中小型风电场,考虑到其对电网影响相对较小,在缺少系统资料的情况下可以根据发电机类型进行估计.对于采用恒频恒速发电机的风电场,建议升压站装设无功补偿装置的容量为整个风电场装机容量的5O～6O;对于机型为恒频变速发电机的风电场,建议升压站装设无功补偿装置的容量为整个风电场装机容量的3O～4O%;对于机型为直驱同步发电机的风电场,建议升压站装设无功补偿装置的容量为整个风电场装机容量的20%～30.3)新建的或有条件的风电场采用风电机组无功调节,应充分发挥每台机组的无功调节能力. 4)风电场的无功补偿容量还要考虑具体的工程情况和电网情况,最终的补偿容量需要由接入系统设计部分确定;对于风电场升压站的无功补偿装置,处于电网末端的中小型风电场可以考虑装设MCR型SVC,处于电网枢纽中心的风电场或大型风电场可以考虑装设SVG.收稿日期:2011一O4—28作者简介:石巍(1974一),男,高级工程师,本科,从事电厂和变电站电气设计工作.(编辑:吴国粱)湾者流士参口_!J一作事硕。

叶轮内部三维不可压湍流数值模拟
黄道见
【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2005(000)006
【摘要】一般来说,离心泵叶轮内的流动是三维的湍流流动,叶轮的旋转和表面曲率效应以及随之而来的哥氏力和离心力,使叶轮内的流动极其复杂,致使内部流场测试困难.随着计算机技术的迅速发展,叶轮内流数值模拟研究相当活跃.为此,将计算流体力学(CFD)技术应用于叶轮设计,基于Navier-Stokes方程和标准κ-ε紊流模型,依据三维数值模拟的结果,优化与叶轮设计相关的几何参数,使叶轮内的流态接近于理想流态,从而保证叶轮具有良好的性能.
【总页数】3页(P203-204,207)
【作者】黄道见
【作者单位】江苏大学,流体工程技术中心,江苏,镇江,212013
【正文语种】中文
【中图分类】TH302
【相关文献】
1.低脉冲浆泵叶轮的三维造型及其内部的湍流数值模拟研究 [J], 胡庆喜;黄运贤;黄放辉;陈中豪
2.低比速离心泵叶轮内三维不可压湍流场计算 [J], 陈池;袁寿其;郑铭
3.双流道污水泵叶轮内部三维湍流流动的数值模拟 [J], 张静;齐学义;侯华;王建森
4.带分流叶片的离心泵叶轮内三维不可压湍流场的数值模拟 [J], 何有世;袁寿其;郭
晓梅;袁建平;丛小青;黄良勇
5.无过载离心泵叶轮内三维不可压湍流场计算 [J], 袁寿其;陈池;郑铭;李昳
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汽轮机末级三维非定常流动数值模拟
綦蕾;郑宁;程洪贵
【期刊名称】《北京航空航天大学学报》
【年(卷),期】2005(031)002
【摘要】空冷汽轮机组采用空气作为冷却介质,是一种典型的变工况运行机组.深入了解透平叶片在设计状态和高背压条件下的非定常流动机理,能更好设计空冷汽轮机以及提高叶轮机械的性能和稳定性.主要利用三维粘性非定常数值模拟的方法对设计状态和高背压条件下透平叶片内部的流动进行模拟,并分析了设计状态和高背压条件下非定常流动机理.结果表明,在设计状态动静干涉作用是导致非定常现象产生的主要原因;在高背压条件下动静干涉作用很弱,导致非定常现象不明显.
【总页数】6页(P206-211)
【作者】綦蕾;郑宁;程洪贵
【作者单位】北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京,100083;北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京,100083;北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京,100083
【正文语种】中文
【中图分类】V221
【相关文献】
1.汽轮机末级变工况三维数值模拟与叶型改进设计 [J], 王定标;雷风林;向飒;张军
2.汽轮机调节级非定常流动的数值模拟及汽流激振力研究 [J], 屈焕成;张荻;谢永慧;
曹守洪;吴其林
3.汽轮机低压缸末级非定常流动的数值模拟 [J], 刘波;杨建道;杨红霞;余德启;竺晓程;杜朝辉
4.汽轮机末级叶片模态振型与变负荷动应力的三维数值模拟 [J], 康剑南;周旭哲;张艳辉;孙士宏;姚坤;班允智
5.超超临界汽轮机末级静叶流动数值模拟 [J], 谭锐;吴亚东;沈昕;黄亚振;徐星
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基于非稳态计算对旋风机三维流场的数值模拟王维斌;陈庆光;张永超;宋益勇;张中仕【摘要】应用三维非定常数值计算方法对矿用对旋轴流风机的非定常特性进行了数值模拟研究.数值计算中将SIMPLE正算法与RNGκ-ε湍流模型相结合,以风机三维全流道为计算域,获得了对旋风机叶轮区域3对干涉面上速度场和涡量场的非定常分布.通过数值模拟结果与设计参数和试验结果的比较,验证了数值预测结果的准确性.模拟结果表明,对旋风机在一个旋转周期的不同时刻,其内部流场存在显著的非定常特性.【期刊名称】《风机技术》【年(卷),期】2010(000)003【总页数】5页(P13-16,30)【关键词】对旋式轴流通风机;非定常;全流场;数值模拟【作者】王维斌;陈庆光;张永超;宋益勇;张中仕【作者单位】山东省科学院工业节能研究中心,青岛市,266510;山东科技大学机械电子工程学院;山东科技大学机械电子工程学院;山东肥城矿业集团杨营煤矿;山东肥城矿业集团杨营煤矿【正文语种】中文【中图分类】TH432.10 引言与普通轴流通风机相比，对旋风机的对旋转子结构在单位轴向长度上可以获得比普通轴流通风机更高的压升，并且具有结构紧凑、易于反风、稳定工作范围宽广及效率高等特点[1-2]。

1 几何模型与网格划分结果求解的计算区域包括了从集流器进口到扩散器出口内部流道的所有三维空间，与针对单一通流部件或单个叶片通道进行的计算相比，全流场建模可以充分考虑各相邻部件之间的相互影响，更加准确地给出边界条件，其全流道实体图见图1。

针对计算区域的复杂几何结构，划分网格时采用非结构化四面体单元分块生成计算网格，在流动变化剧烈的前后两级叶轮以及轴向和径向间隙区域内适当加密网格。

对旋风机前后两级叶轮的旋转方向相反，存在3个流动干涉面：2个动-静干涉面（前级叶轮进口面和后级叶轮出口面）和1个动-动干涉面（前后两级叶轮的中间面），在这3个面上分别采用滑移网格技术。

整个求解区域的网格单元总数为1502164，网格节点总数为308691，其中叶片周围及叶顶附近的网格单元见图2。

畸变进气条件下风扇三维非定常流动数值模拟
许开富;乔渭阳;罗华玲
【期刊名称】《热能动力工程》
【年(卷),期】2009(0)5
【摘要】分析畸变进气情况下轴流风扇/压气机三维流场和性能的三维可压缩模型。

该模型利用流线曲率法求得叶片对气流做功的叶轮机源项,然后通过求解带源项的
三维非定常Euler方程,对风扇/压气机内部三维流场和性能进行模拟。

利用该模型对某一跨音速风扇转子的三维流场和性能进行了数值模拟分析,特别是分析对比了
在进口无畸变和进口有畸变情况下的风扇内部三维流场和气动性能。

研究结果表明,该三维理论预测模型能有效地分析进气畸变对轴流风扇性能及其稳定性的影响。

【总页数】6页(P571-576)
【关键词】风扇/压气机;流线曲率法;源项;半激盘;进口畸变
【作者】许开富;乔渭阳;罗华玲
【作者单位】西北工业大学动力与能源学院
【正文语种】中文
【中图分类】TK474;O242
【相关文献】
1.畸变进气对两级风扇稳定性影响的数值模拟 [J], 王春利;乔渭阳
2.均匀与非均匀进气条件下多级轴流压气机性能计算—均匀进气及径向畸变的影响[J], 胡骏
3.双级风扇三维粘性非定常流动的数值解 [J], 刘前智
4.畸变进气下压气机叶片非定常载荷的数值模拟 [J], 乔渭阳;蔡元虎
5.风扇进气畸变三维非定常数值模拟技术研究 [J], 郑宁;邹正平;徐力平
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书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
高比转数混流泵非定常流场压力脉动特性
为了研究高比转数混流泵内部流场的压力脉动情况，采用大涡模拟方
法对泵内三维非定常湍流场进行数值模拟，通过对监测点数据的分析得到了叶
轮进口、叶轮出口、导叶中间和导叶出口4 个截面的压力脉动的时域和频域情况，探讨了产生压力脉动的主要决定因素，同时也对不同流量下的压力脉动情
况进行了对比. 研究表明: 这4 个截面的压力脉动幅值从轮毂到轮缘均逐渐增大; 叶轮进口截面压力脉动时域众所周知，旋转叶轮与静止导叶的非定常时序干扰、偏离最优工况时叶片的出口回流、局部空化及气蚀等因素，都会导致混流
泵内部流动出现不连续性，进而引起流场内液体压力随时间快速地脉动，即出
现所谓的压力脉动现象. 压力脉动严重时会导致泵体振动加剧，同时还可引发进一步的局部空化，甚至在某些情况下会引起机器共振，产生危害. 因此，出于降低噪声和提高运动稳定性的需要，研究泵内部非定常流场压力脉动特性有着重
要的意义.
国内外学者对压力脉动进行了相关研究. Solis 等通过改变叶轮形状和径向尺寸，采用雷诺时均N - S 方程和SST k - w 两相湍流模型进行三维非定常湍流计算，以减小压力脉动对离心泵的影响.Berten 等通过CFD CFX10 技术和水下驻波试验，对多级离心泵内动静干扰引起的三维非定常湍流进行了计算，得出
动静干扰诱发压力脉动的特点.刘阳等对离心泵压力脉动进行了全面阐述，总结了3 种不同的压力动. 施卫东等对轴流泵全流场进行三维非定常数值模拟和试验研究，得到轴流泵在不同工况和不同导叶数时内部流场的压力脉动特性. 但对于高比转数混流泵内压力脉动情况还缺少相关研究.
文中在三维定常湍流计算的基础上，对模型泵进行全流道三维非定常大。

跨音压气机风扇转子叶顶泄漏流动的非定常机制研究一、本文概述本文旨在深入研究跨音压气机风扇转子叶顶泄漏流动的非定常机制。

跨音压气机作为现代航空发动机的核心部件，其性能直接影响到飞行器的动力性能和经济性。

风扇转子叶顶泄漏流动是跨音压气机中一种重要的流动现象，对于压气机的稳定性和效率具有重要影响。

然而，由于泄漏流动涉及复杂的流动机制和相互作用，目前对其非定常机制的理解仍不够深入。

因此，本文的研究具有重要的理论价值和实际应用意义。

本文将对跨音压气机风扇转子叶顶泄漏流动的基本特征和影响因素进行概述。

在此基础上，通过分析泄漏流动的非定常特性，揭示其演化规律和内在机制。

接着，本文将探讨非定常泄漏流动对压气机性能的影响，包括稳定性、效率等方面。

本文将提出优化风扇转子设计的策略和方法，以降低泄漏流动的负面影响，提高压气机的整体性能。

本文的研究方法主要包括数值模拟和实验验证。

通过构建高精度的数值模型，模拟跨音压气机风扇转子叶顶泄漏流动的非定常过程，揭示其内部流动机理。

结合实验结果，验证数值模型的准确性和可靠性，为深入理解泄漏流动的非定常机制提供有力支持。

通过本文的研究，期望能够揭示跨音压气机风扇转子叶顶泄漏流动的非定常机制，为优化压气机设计和提高发动机性能提供理论依据和技术支持。

本文的研究成果也将为相关领域的研究提供参考和借鉴。

二、跨音压气机风扇转子叶顶泄漏流动基础跨音压气机风扇转子的叶顶泄漏流动是一种复杂的流动现象，它涉及到流体的动力学、热力学和气动声学等多个方面。

叶顶泄漏流动的产生主要是由于叶尖间隙的存在，使得在叶片压力面和吸力面之间的流体有机会通过间隙流向叶顶区域，进而泄漏到主流中。

这种流动不仅会影响压气机的性能，如效率、压比和稳定性，还可能引发叶片振动和噪声。

跨音压气机风扇转子的叶顶泄漏流动具有非定常性，其流动特性随时间和空间的变化而变化。

这种非定常性主要来源于两个方面：一是由于叶片旋转造成的周期性变化，使得叶顶泄漏流动呈现出周期性的非定常特性；二是由于压气机内部流动的复杂性，如激波、附面层、二次流等，这些流动特性会对叶顶泄漏流动产生影响，使其呈现出更为复杂的非定常特性。

叶轮机械全环非定常大规模并行模拟程序设计张健; 唐静; 邱名; 邓有奇; 龚小权【期刊名称】《《空气动力学学报》》【年(卷),期】2019(037)004【总页数】9页(P546-554)【关键词】叶轮机械; 非定常流动; 数值模拟; 全环模拟; 滑移面; 并行效率【作者】张健; 唐静; 邱名; 邓有奇; 龚小权【作者单位】中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所绵阳 621000【正文语种】中文【中图分类】V211.30 引言叶轮机械内部流动非常复杂,其本质为三维黏性非定常流动。

计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)技术飞速发展,其具备计算耗时短,成本相对较低,并且可以多维度地模拟出叶轮机内部复杂的非定常流动细节的优点,因而越来越多地用于叶轮机械的气动设计和分析当中。

叶轮机内部非定常流动的来源有多种,动静叶片排的相对转动、激波边界层干扰、尾迹传播、二次流等都是造成流动不稳定的原因。

通过数值模拟对上述非定常现象进行研究的关键在于如何建立模拟转静叶片相对运动过程的模型。

目前工业上一般采用混合平面(Mixing Plane)模型[1],该模型将转/静界面上下游相同展向高度处的通量通过周向平均后进行交换,将非定常计算简化为对一个叶片流道的定常计算,虽然大大减小了计算量,然而却无法捕捉到转静子之间相互干扰等非定常现象。

采用叶片约化技术[2],将叶片在周向方向上按照一定比例进行几何缩放,能够使转静叶片数具有较大公约数进而约化为少量几个叶片通道进行非定常计算,但是由于改变了实际的几何尺寸,这种方法会存在较大误差。

He和Ning提出的非线性谐波法(Non-linear Harmonic Method,NLH)[3]可以看作是一种定常/非定常混合方法,其基本假设是流场的主要扰动是由于叶片通过频率(Blade Passing Frequence,BPF)引起的,从而将流场变量分解成为时间平均值和多个不同频率谐波的扰动组成,BPF的整数倍数分别代表了不同谐波。

离心泵叶轮非定常入流及激励特性研究现状作者：刘凯来源：《绿色科技》2017年第22期摘要：指出了离心泵叶轮的非定常入流特性对其流动诱发压力脉动、振动特性影响显著。

对叶轮的非定常入流特性进行了全面分析，阐述了其目前研究现状，并总结了非定常入流性能的控制及改善措施。

进一步展望了离心泵叶轮非定常入流特性的发展趋势，为相关研究的继续深入提供参考。

关键词：离心泵叶轮；非定常入流；激励特性；研究现状中图分类号：TH311文献标识码：A 文章编号：16749944（2017）220152031 引言离心泵作为典型、通用的流体机械，在国防、核能等领域中属关键设备，随着用途特殊化，运行条件极端化，运行工况多样化，泵的持续、稳定、安全运行要求也日益严苛。

随着泵朝向大型化、高速化、高功率密度方向发展，泵的振动噪声成为目前研究的热点问题，也是设计过程中面临的难点和新挑战。

尤其是具有极高隐蔽性要求的水下军事装备，低振动噪声特性是泵首要设计要求，其振动噪声能量级瓶颈的突破是目前泵领域亟待解决的难题。

离心泵叶轮进口存在复杂的流动结构，包括口环间隙泄漏流、回流、二次流等，其将对主流产生明显影响，进而将对泵内流动诱发的压力脉动、振动特性产生影响。

因此，离心泵叶轮非定常流动特性的研究具有显著的学术及工程价值。

2 国内外研究现状2.1 口环泄漏流动的研究口环间隙泄漏流是叶轮进口关键的流场结构。

潘中永等 [1]通过数值模拟和试验，研究了叶轮口环间隙对离心泵性能的影响，设计了包含前后泵腔在内的全流场模型，基于RNG k-ε湍流模型，建立了3种口环方案，从湍动能、涡量和径向力角度，分析了口环间隙对离心泵全流场水力效率和机械效率的影响。

张金凤等[2]基于在小流量工况下运行时离心泵叶轮进口会产生进口回流现象，采用标准k-ε湍流模型，应用ANSYS CFX软件对不同工况下低比转速离心泵进口处的三维湍流场进行了数值模拟，分析了流场内的速度分布。

周岭等[3]针对典型的150QJ20型深井离心泵，设计了3种不同进口边位置的叶轮。

叶片式流体机械噪声特征、研究方法及控制技术叶片式流体机械噪声特征及机理叶片式流体机械结构和流动特征结构特征：运动、静止部件流动特征：剧烈的非定常流动•动静干涉流动(势流、尾迹)•无规则湍流运动（进气畸变、边界层流动、分离流动）叶片式流体机械噪声产生和传播机理——基于声源类型分析叶片式流体机械噪声产生和传播机理——基于噪声特征分析(1) 离散噪声声源特征：•势流和尾迹的动静干涉尾迹干涉扰动——向下游以当地流动速度的传播势流干涉扰动——向上、下游以音速传播•周期性涡脱落、分离流动传播特征：•旋转声源辐射(2) 宽频噪声•进气畸变•近壁区域的复杂流动，湍流边界层、尾迹、分离流动•叶顶间隙流动宽频噪声机理复杂，是目前噪声研究和控制中需要解决的一个重要难题！工程实例分析叶片式流体机械噪声实验测量噪声实验测量的环境——消声室自由声场：声场中只有声源辐射出来的声音，而没有周围边界的反射声。

消声室：室内各表面都敷设吸声系数大于0.99的吸声结构吸声结构：尖劈+穿孔板(共振腔)考核参数：理想自由场接近程度：采用点声源辐射声压与距离成反比特性，误差≤0.5dB；本底(背景)噪声：比被测对象的声压级低6-12dB；低频截止频率：取决于吸声尖劈的长度，一般满足1/4波长特征。

噪声实验测量的环境——声学风洞声学风洞：兼具风洞和消声室特征，主要应用于航空、汽车行业。

噪声实验测量的仪器——传声器传声器：测量声压的传感器，俗称麦克风。

尺寸规格：直径1、1/2、1/4、1/8 in主要性能参数：通常与尺寸有关•频率响应：20-40kHz•灵敏度：~50mV/Pa•量程：25-140dB•指向特性：自由场型校正方法：互易法、声级校准器。

自由场的噪声声功率的测量(1) 无指向性声源辐射的声功率测量(2) 指向性声源辐射的声功率测量半自由场的声功率测量叶片式流体机械噪声数值预测预测流程：•声源获取•声源辐射•边界散射声源获取：•计算区域离散•控制方程选取与离散•非定常流动数值模拟+声源信息获取叶轮和蜗壳网格的划分：•分区独立划分网格•网格无关性原则•近壁区域网格尺度取决于湍流模型•单个网格单元满足紧凑声源条件控制方程+湍流模型：•空间和时间离散格式•时间离散步长非定常流动数值模拟：•初始条件、边界条件设定•计算收敛的判定声源的定义：Define_Models_Acoustics Model(Fluent)Fluent6.3及更高版本能够选择虚拟边界，但忽略边界外的四极子源项。