摘要：为了探索提高变几何涡轮效率的可能性,采用数值模拟方法研究了转子速度为2700 r/min,导叶转动角为-5.0°、-2.5°、0°、+2.5°和+5.0°时,枢轴直径系数、枢轴截面形状、端部间隙以及动导叶间距对涡轮气动性能的影响。并针对等熵效率对上述设计参数的敏感性以及流场机理展开分析。研究结果表明:直径系数D/L每增加1.0%,等熵效率能够提升0.064%。菱形枢轴对涡轮效率的提升效果最佳,在各个导叶转动角下,效率提升均在0.8%以上。端部间隙是涡轮效率最敏感的影响参数,当端部间隙从0.5%增加到1.0%跨距时,等熵效率最小降低2.08%,最大为4.54%。增加动导叶间距能够一定程度提高涡轮性能,减小间距对提升涡轮效率不利。选取合适的设计参数能够有效提升低转速下变几何涡轮的工作效率。

摘要：为在不提高目标函数维度的前提下,满足实际运行中风力机翼型对于范围攻角综合性能气动性能和设计工况点气动性能兼优的设计需求,提出一种耦合混沌映射及动态协同机制的翼型优化方法。通过Bezier曲线构建翼型几何参数化模型,引入改进的Logistic-Tent混沌映射提高设计空间全局搜索能力,以提升翼型升阻比为设计目标,将动态协同函数嵌入自适应多目标算法,可实现翼型在攻角范围内的气动性能、设计工况点气动性能的优化。经CFD数值验证,优化后翼型在范围攻角内的升力系数平均提升4.6%、7.0%,升阻比平均提升4.2%、7.4%;设计点升阻比提升7.53%、9.19%,证明了方法的可行性。

摘要：针对风力机叶片气动性能与叶尖噪声无法良好兼顾的问题,本文提出翼型气动性能与噪声同步优化设计方法。采用B样条函数表达翼型曲线,利用RFOIL软件计算翼型的气动性能,基于噪声半经验公式(BPM模型)预测翼型的噪声;建立基于气动性能与噪声特性的风力机翼型优化数学模型,利用多目标遗传算法并耦合RFOIL软件及BPM模型编制优化程序,通过不断优化迭代输出Pareto最优解,根据最优解得到新翼型参数,将新翼型命名为WT24-210翼型;将新翼型与常用FFA-W3-211翼型的气动性能进行比较,结果表明:在雷诺数6×10^(6),马赫数0.10的边界条件下,光滑条件和粗糙条件下,新翼型的最大升阻比都比FFA-W3-211翼型有所提高,分别提高6.6%和1.7%;当在6°攻角时,在光滑和粗糙条件下其噪声值则分别降低了0.5 dB和1.2 dB。

摘要：为了验证全三维优化设计效果,并探索适用于船用燃气轮机工作特点的叶型,利用扇形涡轮叶栅试验台,针对某船用燃气轮机原型和改型两套涡轮导叶,开展了不同攻角下的扇形叶栅气动性能试验。应用五孔探针、叶片表面静压测量孔,分别测量了叶栅出口流场、不同叶高处叶片型面的压力,分析了导叶出口截面速度场及总压损失分布,导叶根、中、顶这3个截面压力分布,以及节距平均出口气流角、总压损失系数沿叶高分布等。优化前后试验结果对比分析表明:经优化改型后,沿叶高方向导叶表面压力分布更趋均匀化,叶片后部加载特征更加明显,在试验攻角范围内(-10°~+10°)导叶总压损失系数明显减小,且攻角变化对损失影响较小。结果表明,导叶该型是成功的,改进后的导叶对变工况的适应性更加优良,非常适合用于工况变化较为频繁的船用燃气轮机。

摘要：叶轮叶片数与叶轮内外径比的匹配优化设计对提升多翼离心风机气动性能有着重要的影响。本文采用数值模拟方法,对三种不同叶片数的多翼离心风机的气动性能进行数值研究。在保持风机其它结构参数不变的情况下,分析了七种不同叶轮内外径比耦合叶片数变化的多翼离心风机的内部流动特性及其相应的气动性能,揭示了叶轮叶片数和叶轮内外径比的耦合设计对多翼离心风机气动性能的影响规律。结果表明:对于叶片数分别为60,62,66的叶轮,随着叶片数的增大,多翼离心风机出口流量和全压也增大。随着内外径比的增大,多翼离心的气动性能有显著的变化;出口流量和全压呈现先增大后减小的趋势,内外径比为0.83时,出口流量和全压最大。

摘要：为了探究分流叶片长度及周向位置对氢气离心压气机性能的影响机制,利用NUNECA软件对不同分流叶片长度及周向位置的氢气离心压气机模型展开了数值模拟计算,同时深入探究了压气机特性线和内部流场,得到了不同分流叶片长度及周向位置下氢气离心压气机的性能规律。研究结果表明:在叶轮内部添加分流叶片可以降低主叶片压力面的载荷,从而使氢气离心压气机的性能有了一定程度的提高。但是过长的分流叶片会导致与气流的接触面积增大,使得流道内摩擦损失增加,同时也会导致进口出现堵塞,从而降低了压气机的效率和压比。随着分流叶片长度及周向位置系数的增加,叶轮的总压比和等熵效率特性线整体呈现出先上升后下降的趋势。通过对内部流场进行分析,发现当分流叶片长度系数为0.8,周向位置系数为0.5时,叶轮气动性达到最好。

摘要：支撑板结构设计直接影响燃气轮机排气扩压器的流场结构和气动性能。在验证数值方法可靠的基础上,采用求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS)和Realizable k-ε湍流模型的方法,对带进气导叶和支撑板的排气扩压器模型进行了研究,探究在四种进气预旋下,支撑板截面型线以及本文提出的支撑板径向倾斜设计方案对排气扩压器气动性能的影响。结果表明:进气预旋和支撑板设计方式相同时,截面型线更薄的支撑板更易导致流体在支撑板附近的分离及更大范围的尾迹流,从而增大总压损失;支撑板截面形状相同时,与径向垂直设计相比,支撑板采用径向倾斜设计使得排气扩压器通道面积变化更加平缓,从而使得在四种进气预旋下,排气扩压器的总压损失系数下降7%~20%。当支撑板截面型线宽长比(d/C)为0.2时,相对于径向垂直设计,支撑板采用径向倾斜设计方式的排气扩压器静压恢复系数在进气预旋φ=0.35和φ=0.64时分别提升了4.7%和3.8%;但在支撑板截面型线宽长比(d/C)为0.12和0.175时,支撑板采用径向倾斜设计方式会降低排气扩压器在进气预旋φ=0.64和φ=1.00时的静压恢复性能。

摘要：为了提高叶片设计的精度和效率,根据风机叶片设计的相关理论和方法,对叶片气动外形设计进行研究.以20kW风机叶片为例,在Wilson法的基础上,利用VB、VC++等编程语言在SolidWorks平台上开发叶片气动外形设计及建模的应用系统.根据输入的设计参数自动生成叶片的三维实体模型,省去了以往设计过程中生成的大量数据的转换和存储,实现叶片的高效,智能化设计.为了对设计结果进行评估,同时验证设计的有效性,针对设计好的叶片模型进行流场仿真分析.结果表明,提出的叶片设计与建模方法能够有效提高风能利用率,缩短风机叶片设计周期,可用于企业对叶片的设计研发,并为叶片结构有限元分析和优化设计平台奠定基础.

摘要：结合某垂直起降无人机对螺旋桨的总体设计要求,分析了同时满足两个设计点的螺旋桨设计难点,完成了对所设计螺旋桨性能要求的验证,探究了两个设计点对螺旋桨设计性能的影响及影响因素,获得对设计的指导性结论.通过CFX软件进行悬停和巡航状态下的数值计算,并与其车载试验结果进行对比,结果表明:设计螺旋桨可满足设计要求,且数值模拟与车载试验结果基本吻合,误差不超过11%.将设计螺旋桨与单个设计点的旋翼或巡航螺旋桨进行对比,分析影响因素,发现两个设计点将会降低螺旋桨在每个单独设计点的工作性能,且通过减小起飞总质量和巡航速度、增加动力系统个数和功率来缩小设计点间差异可降低设计难度和性能损失.

摘要：结合翼型泛函集成理论与叶片截面刚度矩阵数学计算模型,提出了风力机中等厚度翼型气动性能与结构刚度特性的一体化设计方法,实现了翼型气动性能与叶片截面刚度特性的同时提高。对考虑叶片截面铺层参数变化设计的WQ-B300翼型与DU97-W-300翼型进行了气动性能与结构刚度特性对比分析,结果表明:相比于DU97-W-300翼型,WQ-B300翼型的气动性能与叶片截面刚度性能均有显著提高,其挥舞刚度和摆振刚度分别提高了6.2%和8.4%,验证了该设计方法的可行性,给风力机中等厚度及大厚度翼型设计提供了一种思路。