摘要：基于数值求解Navier-Stokes方程,对叶轮机械叶片全三维反问题优化设计方法进行研究.反问题给定叶片表面的静压分布反求叶型,假设叶表网格点有虚拟移动速度,迭代过程中根据叶表的实际静压和目标静压之差来修改叶型.对单排叶栅进行了反问题设计,并给出了初步的优化算例,结果能很好地满足目标静压分布,验证了该方法的有效性,计算的时间和精度也适合进行工程应用.

摘要：为满足高效、高负荷、高可靠性大流量轴流涡轮的应用需求,涡轮叶片的长度和展弦比设计日益增大。相较于较短的叶片,长叶片沿径向的叶型以及气流参数分布的变化幅度更大,因此其设计要求更高。受涡轮负荷需求、环境条件等因素变化的影响,长叶片往往变工况运行,其级内三维流场结构复杂,各项性能恶化,容易导致叶片的安全性及使用寿命下降。为方便学者后续进一步研究长叶片级在变工况运行时的气动、传热与结构强度特点,探索拓宽长叶片级高效、稳定运行范围的方法,梳理了该领域近年来的研究成果。首先介绍长叶片的气动与结构设计特点,再分析与总结变工况时长叶片级的气动特性、传热与强度特性,并简述排气装置对末级长叶片内部流场的影响,最后分析目前仍存在的不足,展望轴流涡轮长叶片级在控制变工况不利影响方面与优化设计方面的未来发展趋势。

摘要：涡轮是工业领域的重要部件之一,随着应用需求的多样化,涡轮的运行范围更广,而局部进气技术是实现多工况条件高效运行的关键手段之一。但局部进气会带来强烈的流场不均匀性和受力非定常性,增加了涡轮的设计和加工难度。本文首先对局部进气涡轮在不同领域的应用特征进行总结,其次对局部进气涡轮损失机理和性能影响因素开展分析,对比不同局部进气损失预测模型的精度,归纳局部进气涡轮的优化设计方法及性能提升效果,分析局部进气涡轮目前研究的不足,最终对局部进气涡轮发展趋势进行展望,为下一步局部进气涡轮性能改进提供方向。

摘要：提出了一种改进的适用于三维黏性流场的叶轮机叶片反问题设计方法。该方法假设叶片的中弧线具有虚拟移动速度,其位移量由目标载荷与实际载荷的差值计算,并利用黏性底层厚度进行限制。采用三次B样条曲线插值方法对叶片中弧线进行光顺,新叶型通过更新后的中弧线和给定的叶片厚度得到。算例验算结果表明:该方法能够根据设计意图对叶型进行修改,鲁棒性强,收敛速度快,叶片的可变自由度高,不依赖于特定的网格和求解器,具备一定的通用性。

摘要：离心压缩机一维预设计中,准确的性能预测可以有效地缩短设计周期,提高设计效率。为了提高性能预测的准确性,在传统两区域模型的基础上,引入外界能量输入与叶轮旋转效应,提出一种叶轮扩压度计算模型,并结合无叶扩压器的特点,将两区域模型应用于无叶扩压器性能预测中。通过与文献中已有的实验结果进行对比,验证了改进模型的可用性。对比结果表明:改进的两区域模型有效减少对工程经验的依赖性,可以实现不同压比、不同后弯角离心压缩机性能预测,总体预测精度较高,与实验数据偏差在4%以内。

摘要：针对某向心涡轮,采用二维流动分析方法设计矩形截面蜗壳,同时采用商用计算流体动力学软件CFX对带蜗壳的向心涡轮流动损失进行数值计算.将计算结果与原型设计中带有集气室的向心涡轮计算结果进行对比.结果表明:蜗壳内流动损失要小于集气室内的流动损失,向心涡轮采用蜗壳后流道内流场有明显改善,效率有所提高.采用设计的矩形截面蜗壳,向心涡轮的功率提高1.7%.通过内部流场的分析,揭示了内部流场结构和损失机理,为向心涡轮的设计和优化提供了一定的参考.

摘要：针对某简单循环燃气轮机和回热循环燃气轮机建立了性能计算数学模型,并以Newton-Raph-son法进行求解,对各自的变工况性能进行计算、分析及对比.研究结果表明:在工作参数相同的情况下,简单循环燃气轮机做功能力强于回热循环燃气轮机,但是前者的效率远远低于后者;涡轮进口温度自设计点降低时,回热循环燃气轮机效率降低幅度更大.对于简单循环、回热循环燃气轮机,环境温度降低使燃气轮机的输出功率和效率增加,但压气机喘振裕度降低;环境压力升高有助于提高燃气轮机的做功能力,使经济性以及稳定性更好.这些研究结果可以为航机陆改燃气轮机的变工况运行提供有益的参考.

摘要：根据旋转机械中常见的篦齿密封结构设计直通型和台阶型2组篦齿密封实验模型,实验研究篦齿密封的封严特性。通过实验和数值方法比较不同进出口压比和节流间隙下2组篦齿密封的封严特性,研究台阶篦齿与衬套轴向相对位置对封严特性的影响,探究篦齿内部沿程压力分布情况。研究结果表明:在密封长度相同的条件下,台阶齿泄漏系数比直通齿降低了约45%;台阶齿对节流间隙变化的敏感性要低于直通齿,表明台阶型篦齿性能稳定性优于直通齿;低压比时泄漏量受台阶篦齿与衬套轴向相对位置的影响很小;在文中条件下当齿尖位于衬套台阶中心位置时,篦齿密封的泄漏量最大;直通型和台阶型篦齿沿程压力系数的分布基本相同,都近似线性降低;与实验结果不同,数值计算结果表明台阶齿在齿尖处存在压力突降,而在齿腔中存在一个压力突峰。

摘要：与纤维增强复合材料相比,高强合金钢飞轮具有材料成熟、制造难度较低的优点,适用于对转子重量约束不强的飞轮储能转子轴系。本文分析了典型高强钢圆盘飞轮的储能密度、材料强度需求和动能储存材料成本。在考虑热处理淬透性、储能量等需求的基础上,设计了50 kW·h、7.5 kW·h两种飞轮结构,其中50 kW·h飞轮6000 r/min,圆周线速度376.8 m/s;7.5 kW·h飞轮转速18000 r/min,圆周线速度433.5 m/s,有限元应力分析表明其强度安全。研制了400 kW、7.5 kW·h工程试验样机,测试转速达18000 r/min,转子动能27 MJ。通过现场高速动平衡,轴系的最大振动幅值从70μm降低到了20μm以下,降低幅值达到70%。9000~18000~9000 r/min充、放电过程中输入电能21.5 MJ,输出电能19.5 MJ。

摘要：采用CFD方法对国内首台MW级超临界压缩空气储能试验台所采用的四级再热向心涡轮的变几何特性进行了整体数值计算与分析。结果表明,在计算范围内:第三级导叶开度增大时,该级膨胀比变化最大,其次是第二级膨胀比,且第二、三级等熵效率变化较大;随着第一、三级导叶开度增大,系统的各级膨胀比趋向于均匀分布,质量流量、总功率、平均等熵效率及比功等参数均增加;当系统变负荷运行时,可以采用第一、三级导叶开度联调的方式,从而扩大多级涡轮流量和总出功的调节范围,同时,采用变第一级导叶开度来实现大范围调节,而采用变第三级导叶开度实现性能参数的微调;当第一级入口总压低于设计值时,调节第一、三级导叶开度为80%时系统平均等熵效率、总功率提高,可实现系统在较宽变工况范围内高效运行。