本文通过改变叶片两种凹坑的排列方式,采用大涡模拟(LES)方法探究相对长度和排列方式对叶片的气动特性的影响,声场上采用LMS Virtual.lab直接边界元法研究了相对长度和排列方式对叶片的噪声特性的影响,并揭示了多排凹坑设计对叶片边界层流动控制及噪声抑制的机理。研究结果表明:排布方式对卵圆形凹坑的影响不大,采用矩形排布的圆形凹坑时叶片尾缘压力脉动明显下降。多排凹坑引起高频段窄带噪声增大,其中圆形凹坑模型的总声压级下降约3 dB。当采用菱形排布时降噪效果更好,此时额外诱导的周期性涡脱落噪声较小。通过进一步研究分析,认为多排凹坑降噪的机理为:吸力面表面凹坑设计对叶片湍流流动具有一定的控制效果,坑面处形成的反向涡流干扰了边界层内相干结构的展向联系,一定程度上可以抑制尾缘处大尺度脱落涡形成,削弱壁面分离流结构,...

轴流风扇是窗式空调室外部分的主要通风散热元件,其通风量会直接影响窗式空调能否正常工作,而噪声会影响人正常的休息和工作。设计高性能低噪声的轴流风扇成为提高窗式空调市场竞争力的关键问题。本文设计了一种叶片尾缘局部凹陷的轴流风扇。使用流体力学软件Fluent中的大涡模拟(LES)和FW-H方程对优化前后的轴流风扇的气动噪声进行数值模拟,并对两者的气动噪声特性进行实验研究。研究结果表明:轴流风扇的声压级在不同方向并不相同,呈不规则曲线分布,其中正对出风口方向的声压级最大。气动噪声主要沿轴流风机旋转轴线方向传播。叶片尾缘局部凹陷设计可以降低轴流风扇的气动噪声,在出口旋转轴线方向距离轴流风扇1 m处可以降低3~5 dB(A)。

为使大型垂直轴风力机在超出额定风速时功率输出恒定,本文提出在叶片尾部安装扰流片作为风力机功率调节装置的方案。基于二维计算流体动力学方法,在超出额定风速下研究了扰流片对垂直轴风力机气动性能和垂直轴风力机主轴偏振的影响。研究结果表明在超出额定风速时,扰流片增强了叶片尾部气体的流动分离,提高了叶片的阻力,显著降低了垂直轴风力机的功率系数和扭矩系数,从而维持风力机系统正常运行及功率恒定输出;扰流片的存在没有加重主轴的载荷力相反起到了减轻作用,有效的降低了主轴的偏振效应。

本文基于一台百赫兹气动斯特林制冷机,引入了一种随机烧结丝绒填料。通过REGEN与一维设计软件对回热器填料进行参数模拟,研究随机烧结丝绒的孔隙率对回热器内回热损失和流阻损失的影响,同时搭建实验台对不同填料参数的蓄冷器进行实验研究,验证本文对随机丝绒在不同温区的特性分析。实验表明,高温区随机烧结丝绒回热器具有较高的制冷效率,在制冷温度为180 K,输入功7.8 W时可以提供1.5 W制冷量,而在低温区,由于回热能力的不足,使得随机烧结丝绒型斯特林制冷机性能有明显的衰减,通过使用低孔隙率的随机丝绒可以增强在低温区的回热能力。

为降低微型轴流风扇气动噪声,将原型风扇直线形叶片尾缘设计成圆弧形,采用大涡模拟(LES)结合FW-H声类比方法对原型及改型风扇进行气动性能和噪声计算,并对两款风扇进行气动性能与噪声试验。数值模拟结果显示改型后的叶轮对降低风扇气动噪声有积极作用,风扇压力会有所下降;试验结果表明在0.84~1.37 qvs流量区间内,改型风扇较原型相比,静压降低2.5%~4.3%,静压效率最多提升1.9%;改型后的叶轮可使风扇比A声级下降0.63~2.32 dB;在设计工况下,风扇静压下降3%,静压效率提高1.8%,比A声级降低2.3 dB;对两种风扇A计权1/3倍频程图分析发现,圆形叶片尾缘对800~5000 Hz频段的高频尾迹涡流噪声有明显抑制作用。研究结果对微型轴流风扇的气动设计、优化具有一定程度的参考价值。

本文利用Fluent软件数值仿真研究了不同工况(进口预旋、转速和压比)下,偏心率分别为5%和10%、转子涡动速度为10%~240%倍转速的涡动转子–密封流场,获得了作用在涡动转子上的径向气流力和切向气流力,进而分析该气流力对转子振动的影响。研究结果表明进口预旋速度对密封径向气流力影响不大,而对密封切向气流力影响很大。高转速下密封切向气流力在转子高频涡动下会变为正值,促进转子涡动,可能引起转子失稳。压比越高,密封气流力越大。密封径向气流力随着转子偏心率的增大而增大,但增大速率逐渐减缓。

线性压缩机内部的活塞与气缸内壁面之间存在间隙,而间隙的厚度对压缩机运行效率影响甚大。间隙过小会导致磨损的可能,减少压缩机使用寿命;间隙过大又起不到密封工作流体的作用,造成相当一部分损失。基于分子动力学方法,建立了线性压缩机的物理模型,研究了线性压缩机在做正弦交变运动时,活塞运行频率、活塞行程、间隙宽度及间隙长度对间隙密封泄漏的影响关系。研究发现:泄漏量随频率和行程的增大而减小,且两者都使压缩机压比增大。在气缸总尺寸不变时,活塞宽度减小即间隙宽度增加时,泄漏量增大,压比以平方关系下降;活塞长度增加时即间隙密封长度增大,但是泄漏量和压缩机压比几乎没有变化。研究表明间隙宽度及活塞行程对泄漏量影响较大。

电子制动助力器作为线性控制系统的一种解决方案,对结构可靠性提出了更高的要求,其中制动主缸密封皮碗的失效问题严重影响着制动总缸的抗失效性能。着眼于上述问题,本文以密封皮碗的材料形状、组装要求等参数设计正交试验,运用Abaqus模拟密封皮碗在位移下的受力过程并求出挤入处的最大Mises应力、挤入量和左侧密封处的磨损量;建立了影响因素与响应的二次响应回归方程;以密封皮碗防啃噬、防磨损相关效果为优化目标,使用遗传算法NSGA-II相关函数进行多目标优化,结合原尺寸结果挑选出帕累托最优解,使密封圈的抗失效性能得到了提高。