液体火箭发动机涡轮叶片结构特性的有限元分析

为了提高液体火箭发动机的可靠性、可用性以及可维护性而进行的发动机寿命预估与减损控制研究,需要对发动机的零(部)件进行结构特性分析。通过建立某型液体火箭发动机涡轮转子叶片的有限元分析模型,分别进行无阻尼自由振动下的模态分析、无阻尼强迫振动下的谐波响应分析与有阻尼强迫振动下的瞬态响应等结构动特性分析,得到涡轮转子叶片的固有频率及与之对应的振型、谐波响应与瞬态响应。     

叶片数对无轴泵喷推进器性能的影响

为丰富无轴泵喷推进器噪声性能优化理论,研究了叶片数对无轴泵喷推进器性能的影响,重点探究了不同叶片数下无轴泵喷推进器内的压力脉动变化规律。基于计算流体力学中的有限体积法离散RANS方程,应用RNG k-ε湍流模型封闭计算模型,采用SIMPLEC进行压力-速度耦合,对不同叶片数下的无轴泵喷推进器内部流场进行了非定常数值模拟计算,并对计算结果进行了详细的对比分析。研究结果表明：随叶片数的增加,无轴泵喷推进器模型的扬程、效率和推力均逐渐增大,叶片表面压力分布更加均匀,叶轮轮缘和中部的压力脉动均明显降低,叶轮进出口主频处的压力脉动幅值从轮缘向中心逐渐减小。     

基于遗传算法的涡轮增压器叶轮优化设计

提出了一种基于遗传优化理论的涡轮增压器叶轮的优化设计方法,论述了以涡轮增压器叶轮能量损失最小为目标函数,以叶轮叶片进口角、进口直径、进口宽度、出口直径、叶片数、出口角为设计变量的涡轮增压器叶轮的优化设计模型及优化计算的方法,数值计算表明,这种算法可以方便地求得具有最小涡轮损失的涡轮叶形参数.     

基于CFD的凝结水泵关死点扬程优化设计与试验验证

针对关死点扬程对凝结水泵管路系统的选型影响问题,首先采用计算流体力学(CFD)方法对某凝结水泵水动力性能进行了数值预报,通过与试验数据对比验证了CFD方法与所建模型的可行性;然后,在叶片泵理论分析的基础上,通过综合调整叶片出口宽度、出口角和叶轮外径等参数实现了不改变设计点扬程的同时降低关死点扬程。数值计算结果表明:改进前、后模型的设计点扬程和功率基本不变,关死点扬程降低了16.7m。而实测数据表明:设计点扬程提高3.1m,关死点扬程降低10.4m。无论是数值计算结果还是实测数据,关死点扬程与设计点扬程的比值均降低0.05。     

考虑入口和出口容积效应的涡轮动力学模型

建立了考虑涡轮入口和出口容积效应的涡轮动力学模型 ,利用该模型计算了燃气涡轮气瓶启动的动态响应过程 ,分析了影响涡轮动态特性的主要因素。计算结果表明 :涡轮前容积对涡轮入口压力和出口背压的过渡过程均有显著的影响 ,涡轮后容积对涡轮入口压力的过渡过程影响不大 ,对涡轮出口背压的影响显著。     

弹性螺旋桨的轴向非定常力分析

为研究螺旋桨的水弹性流固耦合非定常振动特性,首先通过金属桨敞水性能验证了瞬态双向流固耦合方法的可靠性;然后,以玻璃纤维为参考材料,通过改变材料参数得到不同材料的弹性螺旋桨,并采用瞬态双向流固耦合方法对伴流场中不同弹性螺旋桨进行数值计算,得到了轴向非定常力和变形的时域值;最后,通过傅里叶变换得到不同材料-阶叶频处脉动幅值;结果表明:通过对杨氏模量和刚度阻尼的调整,可以降低螺旋桨流固耦合非定常力脉动幅值。     

船用液力偶合器内部流场的CFD数值模拟

针对目前国内对液力偶合器流场三维仿真计算均采用的只取泵轮和涡轮等过度简化几何模型导致不能真实模拟内部流场,以及使部件强度分析无法开展的问题,依据"泵轮+涡轮+转动壳体"的原几何标准,采用CFD技术,并通过几何建模、网格划分和数值计算等步骤对某液力偶合器在多种滑差工况的内部流场进行了数值计算。数值计算结果表明:计算值与台架试验值的误差均满足工程要求,由此证明了该方法的正确性。     

水下航行体泵喷推进器设计与性能分析

为了快速、高效地设计出性能优良的泵喷推进器,采用全三维反问题计算和正问题计算相互迭代的方法对某水下航行体的泵喷推进器进行了设计。在不考虑流体压缩性和粘性条件下,将泵喷推进器内部有旋流动分解为周向平均流动和周向脉动流动,其中周向平均流动方程通过三维欧拉方程在周向平均后导出,周向脉动流动议程通过Clebsch变换得到控制方程;不考虑叶片厚度的情况下,用叶片中心面上的涡来代替叶片对水的作用,叶片形状根据边界条件设置迭代确定。然后,运用雷诺时均方法对所设计的泵喷推进器进行数值仿真,发现泵喷推进器在设计航速下水力效率为89%,泵喷转子叶片表面未见空化,推进器产生的推力略高于航行体阻力。该结果表明:所提方法能满足设计要求,由此验证了设计方法的有效性。     

涡轮增压机组燃气轮机内气固两相流的数值模拟

基于欧拉-拉格朗日基本思想,将烟气看成连续相,将颗粒视为离散相,采用气固双向耦合和颗粒随机轨道模型,对某船用增压锅炉燃气轮机内气-固两相流动进行了数值模拟,并重点分析了不同直径固体颗粒在叶栅通道中的运动轨迹分布特点.数值模拟结果可为该型涡轮叶片的气动特性优化设计以及有效防磨措施的制定提供理论参考,以减轻固体粒子对叶片的...     

凝结水泵三维流场数值模拟与分析

为深入理解和分析电站凝结水泵性能,采用计算流体力学方法(CFD)对其内部复杂的三维流场进行了数值模拟与分析.首先,建立了某三级凝结水泵各部件几何模型,并对其进行网格划分.通过求解RANS方程对凝结水泵内部三维流场进行数值求解,湍流流动采用SST模型进行模拟.计算得到该泵若干工况下的扬程和功率等性能参数和泵内部流动特征,计算结果与试验数据吻合很好.模拟结果及分析表明:采用CFD方法模拟结构复杂的凝结水泵内部流动和进行性能预报是可行的.通过内流场分析还发现导叶体等部件的设计有可改进之处.     

进口热斑在气冷涡轮动叶流道内迁移特性分析

为了解涡轮进口热斑的运动特性对涡轮叶片热负荷分布的影响,对存在进口热斑时高压气冷涡轮动叶流道内冷热流的非定常运动特性进行了研究,揭示了热斑在气膜冷却流、叶顶间隙泄漏流以及动静叶栅运动干涉等因素综合作用下对气冷涡轮叶片热负荷的影响。研究发现:冷热流在高压动叶入口处被高压动叶截断而交替流入流道,热流对动叶的影响主要集中在动叶前缘以及压力面附近,对动叶前缘造成直接的热冲击振荡;在周向气流角的作用下,在高压动叶栅流道内,低温流体逐渐向吸力面流动,而高温流体主要向压力面流动;气冷涡轮在浮力以及间隙泄漏流的作用下,改变了流道内部二次流分布,使得迁移到动叶压力面上的高温流体向叶根迁移,吸力面低温流体向叶片中间截面聚集。所得结论可对涡轮冷却设计提供理论参考。     

液体火箭发动机涡轮泵健康监控系统

为了提高液体火箭发动机涡轮泵的安全性,降低其故障带来的破坏性,设计了某型液体火箭发动机涡轮泵健康监控系统(TP HMS),工程实现了TP HMS的测试硬件子系统、实时故障检测子系统、试车后数据分析子系统和实时数据库支持子系统等,讨论和分析了TP HMS的功能和执行流程,然后利用历史试车数据与转子试验平台数据对TP HMS中的多特征参量自适应阈值综合决策算法(MATA)进行了离线和实时在线验证;利用自适应时频谱对测试数据作进一步的分析。结果表明,MATA没有发生误检测情况,并具有实时故障检测的能力;自适应时频谱能有效抑制时频交叉项的干扰,准确给出故障信号的时间和频率信息。因此,TP HMS适合于液体火箭发动机涡轮泵健康状态监控。     

基于不同叶片数目比的烟气涡轮多叶片通道数值模拟

基于定常假设,利用混合平面模型传递级间参数,运用Fluent软件对不同静动叶片数目比下的烟气涡轮多叶片通道流场进行了数值计算,得到了温度、压力、出口速度和马赫数等参数的变化规律,绘制了不同静动叶片数目比下各种参数的体积加权平均XY图,并通过数值分析确定了静动叶片最佳数目比为50∶74,最佳静叶安装角为35°。结果表明:叶片数目增减和静叶安装角的变化对烟气涡轮整体性能的影响须考虑多种因素,并不能以单一参数的变化来决定最佳叶片数目和静叶安装角。该结论可为烟气涡轮现有装备的科学管理和技术改进提供理论依据。     

基于转子固有频率的涡轮泵故障检测方法

为了有效地检测液体火箭发动机涡轮泵的故障,分析了某型液体火箭发动机的28次历史试车数据,得到了涡轮泵转子的一阶、二阶和三阶临界转速以及轴向固有频率的数值,研究了这4个转子固有频率幅值的稳定性及对涡轮泵故障的敏感性,得出了它们具有较强的稳定性和故障敏感性的结论。在此基础上,提出并验证了基于转子固有频率的涡轮泵故障检测方法。结果表明,基于转子的一阶、二阶和三阶临界转速以及轴向固有频率幅值能有效地检测涡轮泵的故障。     

再入体表面脉动压力环境的预测

在较宽的攻角范围内 ,考察了超声速和高超声速流场中一类球头双锥再入体表面脉动压力的分布特性 ,并基于超声速和高超声速流动情况下再入体表面的压力分布给出一套预测表面脉动压力分布的工程方法。利用该方法研究了马赫数、攻角、壁面温度等因素对再入体表面脉动压力环境的影响。计算结果表明 ,在本文的计算条件范围内 ,预测的均方根脉动压力系数分布与实验结果基本一致。     

液压水锤效应引起液体喷溅特性及其影响因素试验研究

为研究液压水锤效应引起的液体喷溅特性及其影响因素,进行了高速破片撞击充液容器的试验,测试了液体内的空腔振荡特性、压力分布特性和容器外的液体喷溅特性。试验结果表明:液压水锤效应引起的液体喷溅有两个不同的阶段。第一个阶段发生在空腔生长到最大体积后的400~700 μs内,喷溅液体的头部呈箭状;在第二个阶段出现多次形状相似的脉动喷溅,且单次脉动均发生在每次空腔溃灭之后,喷溅液体具有伞状头部与线状尾部。液体内的压力和侵彻孔的形态共同影响液体的喷溅速度,相对喷溅速度与破片的撞击速度成反比。喷溅液体在运动过程中存在速度波动,且随着喷溅次数的增加,液体喷溅速度逐渐下降,速度拐点出现的位置逐渐接近侵彻孔。     

复波速在挠性胶管动态特性研究中的应用

针对挠性胶管管壁的粘弹性,提出了复波速的概念,并将其应用于挠性胶管现有的动态特性理论中,分别建立了挠性胶管瞬态响应和频率响应的模型,说明了挠性胶管衰减管中液体介质压力脉动和流量脉动的原理并解释了现有的现象,得出了一些新的结论.此外,还指出了该方法目前存在的不足及今后的研究方向.     

装甲车辆动力舱温度场与红外辐射特性

为了对某型装甲车辆动力舱红外辐射特性的影响因素进行研究,采用Fluent软件建立了动力舱冷却空气流动数值计算模型,对动力舱内外流场与结构温度场进行耦合计算,得到了动力舱表面温度场分布和光谱辐射特性,通过与试验数据对比验证了计算方法的可靠性,并在此基础上分析了隔热材料、行驶速度和太阳入射角度等因素对动力舱红外入射特征分布的影响,为下一步提出具有针对性的红外抑制措施提供了理论依据。     

环肋圆柱壳模型在水下爆炸响应试验中的边界条件

为验证试验研究中环肋圆柱壳模型的边界条件,运用大型商业有限元程序MSC.DYTRAN分别设置3种边界条件,对试验过程进行了数值仿真研究。壳体塑性变形的仿真过程显示,迎爆面中部首先变形,随后侧爆面和背爆面相继变形,壳体最终形成数个凸凹相间的轴向凹凸带,最大塑性变形发生在迎爆面中心肋位。壳体塑性变形的仿真计算结果与试验结果的对比结果表明:固支边界条件符合试验实际情况。该结论适用于试验研究中模型边界条件的确立。     

水面舰船流噪声基本声场的数值研究

流诱发的噪声主要由流场中的非定常性引起,这种非定常性包括各种尺度的旋涡及湍流引发的脉动.由于流致发声的复杂性,经典声学中一些较为成熟的数值分析方法在解决一个具体的实际工程问题时常常显得不够,CFD技术的发展使得用数值方法处理流致发声问题成为可能.VOF方法和SSTk-ω两方程湍流模型被用于求解水面舰船三维非定常粘性流场,基于Lighthill声类比理论,对船体绕流场的噪声进行了数值计算,并对流噪声的近、远场特性进行了数值分析.研究表明:对近、远场而言,船艉的声辐射要大于船艏,而船舯即横向的声辐射又显著大于船艏艉即纵向的声辐射.