摘要：采用数值模拟方法对超音速喷嘴的变工况性能进行了分析,研究了不同压比下速度系数以及喷嘴内部流场的变化规律得到了,设计工况下喷嘴的速度系数(0.96)和总压恢复系数(0.87)。为进一步掌握超音速喷嘴的气动性能,进行了平面叶栅风洞试验,测量了不同压比下叶片表面马赫数分布,结合数值模拟结果,分析了叶栅通道内的流场特性。在超音速喷嘴出口截面处,由于膨胀波组等因素的影响,吸力面将产生马赫数拐点,并随着压比的减小逐渐后移;当偏离设计压比时,叶栅吸力面将出现汽流分离;通过叶栅S1流面纹影照片,观察到了叶栅槽道内的波系构成,与数值模拟结果具有较高的一致性。试验结果验证了数值计算的准确性。

摘要：“双碳”愿景下可再生能源电力快速增长,其随机波动性迫使火电机组深度调峰以实现电力平衡。然而常规火电机组调节级渐缩式喷嘴难以高效利用临界压比以下的大压差对应的理想焓降,是机组在低负荷工况采用滑压运行致使机组能耗急剧攀升的内在原因之一。本文以320 MW汽轮机常规调节级喷嘴为研究对象,开展面向深度调峰需求(20%~40%低负荷区间)的高效超音速喷嘴设计研究,并通过CFD模拟分析超音速喷嘴的低负荷区热力性能。研究表明,相比于常规喷嘴,设计的超音速喷嘴满足20%~40%负荷区间效率净增1.08%~8.40%;但受超音速喷嘴斜切结构影响,超音速喷嘴I的最优运行压力与设计值偏离了0.7 MPa。本文的研究成果可为火电机组深度调峰深度节能技术研发提供理论支撑。

摘要：为了得到具有优良的射流流场激光喷嘴,设计了一种组合型超音速喷嘴,建立了该喷嘴计算流体动力学(CFD)分析所需的控制方程。其中湍流模型采用标准κ-ε方程,计算网格采用三角形非结构网格。基于有限体积法对控制方程进行离散并采用耦合式求解器求解。利用SIMPLEC算法解决速度与压力耦合问题,进而实现对喷嘴流场分析。分析结果表明超音速喷嘴最佳入口压力就是其设计压力(7×105Pa),此时其射流流场特性最好,适合于高速、大厚度激光切割。将CFD分析结果与已有纹影图实验方法的结果进行对比,发现二者具有较好的一致性,证明了CFD方法的可行性。

摘要：为了研究临界或超临界状态有机工质的气动特性,采用计算超音速流动的特征线法,设计了基于真实气体模型的超音速喷嘴。研究了甲苯的5个真实气体膨胀过程,初始状态总温均为600 K,压力分别4 MPa,3.5 MPa,2 MPa,1MPa,0.1 MPa,其中4 MPa,3.5 MPa接近于有机物朗肯循环(ORC)涡轮静叶内膨胀初始状态,甲苯处于稠密气体状态;比较发现,当甲苯处于临界或超临界状态时,喷嘴设计结果明显不同于理想气体状态。以本方法为基础设计了高膨胀比向心涡轮静叶,模拟结果展示了基于真实气体模型的超音速喷嘴设计的可行性。

摘要：对简易折线缩放喷嘴和基于霍耳(Hall)设计方法的复杂喷嘴外流场中压力分布,以及马赫盘位置变化等特性进行了分析。详细比较了这两种喷嘴气流场动力学性能之间的差别,揭示了两种喷嘴动力学性能的差别随工作压力增加越来越小的趋势。分析表明在高压状况下为减少激光切割的成本,用简易折线结构超音速喷嘴替代复杂流线结构喷嘴是可行的。

摘要：分析了传统喷嘴工作在较高的供气压力下进行激光切割时产生激波的原因及激波对切割工艺的不良影响。为了解决这一问题,提出了一种设计超音速拉瓦尔喷嘴的新方法。这种新型超音速喷嘴包括四部分:稳定段、收缩段、喉部、扩张段。每一部分都是严格按照空气动力学理论进行设计的。这种喷嘴喷射出的气流动量高,流速均匀,边界整齐。利用这种喷嘴进行激光切割,可有效地提高切割质量和切割速度。

摘要：实验研究了自行设计的超音速喷嘴与相同孔径的普通喷口在同等条件下对滤筒除尘器的清灰效果。结果表明:随着脉冲喷吹压力的增大,在气流进入滤筒前端100 mm位置处,普通喷口形成的脉冲气流对滤筒侧壁产生的压力峰值显著增加且大于同条件下的超音速喷嘴;随着滤筒侧壁距离的增加,在900 mm位置处超音速喷嘴产生的压力峰值超过了普通喷口;与普通喷口相比,超音速喷嘴在对长滤筒进行脉冲清灰时具有很大的优势,并且随着喉部直径的减小,这种优势会更明显,但其在滤筒前端的清灰效果会有所下降。

摘要：为获得超高速涡轮泵中超音速喷嘴流出系数随其入口收敛角、喉部直径等几何结构参数的变化规律,采用ANSYS CFD仿真分析工具,以氦气为工质,给定喷嘴入口总压11 MPa、总温300 K、排气背压0.105 MPa,对3种特定喉径的喷嘴分别在7种入口收敛角度下的流场进行仿真分析,获得其压力场、速度场分布及氦气质量流量,并将其与理论质量流量比较,得出喷嘴流出系数。3种特定的喉径分别为2,5,10 mm,7种入口收敛角分别为30°,45°,60°,90°,120°,150°,180°。结果表明:喷嘴流出系数随入口收敛角的增加而降低,随喉径的增大而增加,在2 mm喉径下流出系数最低为83.9%,在10 mm喉径下流出系数最高为99.1%,对后续设计超高速涡轮泵喷嘴结构形式具有指导作用。

摘要：为提高超音速设备对工件处理的均匀性,提出了一种双型线矩形超音速喷嘴。同时基于超音速喷管设计理论,分别对该矩形超音速喷嘴的两条型线进行设计,以获得相应的型线方程。建立了双型线矩形超音速喷嘴的流热耦合有限体积模型,进而对双型线矩形超音速喷嘴的入口压力和出口马赫数对喷嘴流场的影响展开分析。结果表明:双型线矩形超音速喷嘴的速度流场既能够达到设计的马赫数又满足均匀性要求,且能够使喷嘴出口得到横截面形状为矩形的流场,并分别总结了入口压力和出口马赫数对喷嘴流场的影响规律。

摘要：针对某船用汽轮机组调节级需承担较大的焓降,在理论计算的基础上对超音速喷嘴进行了三维实体建模,并运用全三维黏性数值模拟方法详细研究了超音速喷嘴内的流场特性,旨在揭示超音速喷嘴的设计在膨胀比和效率上是否满足调节级的设计需求。计算结果表明:理论计算与数值模拟结果吻合良好,超音速喷嘴内静压分布合理,型面损失较小,满足调节级的设计需求。