针对150 kW超临界二氧化碳(SCO 2)简单布雷顿循环,设计了转速为60000 r/min的离心压气机。由于SCO 2在临界点附近物性的剧烈变化,物性表的精度直接影响SCO 2压气机气动性能数值预测的稳定性和准确性。验证了400×400精度的SCO 2物性表能够获得可靠的SCO 2离心压气机气动性能。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和k-ε湍流模型的方法,研究了所设计的SCO 2离心压气机设计工况和变工况气动性能,详细分析了离心叶轮间隙泄漏流动特性。结果表明:所设计的SCO 2离心压气机设计工况考虑间隙泄漏损失的气动效率是73.2%,压比是2.207。SCO 2离心压气机具有优良的变工况气动性能。与不考虑离心叶轮间隙泄漏损失相比,SCO2离心压气机气动效率降低了14.0%。离心叶轮叶顶间隙泄漏流动主要分为3个区域,分别是顺流而下的分离涡区域、叶顶间隙上半部分区域在逆压梯度...

采用数值求解三维RANS和Realizable k-ε湍流模型的方法对排气蜗壳进行计算,探究燃气涡轮末级叶片造成的进气预旋对排气蜗壳气动性能的影响。数值模拟的排气蜗壳静压恢复系数与实验数据吻合良好。文中研究模型的导叶轴向位置固定,通过改变导叶的偏转角获得排气蜗壳测量段不同的进气预旋,进而研究了7种进气预旋和6种进气流量下,支撑板与导叶在两种不同轴向间距下的排气蜗壳气动性能和流场特性。研究结果表明:在进气预旋为0.3549时,排气涡壳的静压恢复系数达到最大值,这是进出口动压差和总压损失随进气预旋变化的综合结果;超过该进气预旋后,静压恢复系数迅速下降,这是由于此时在支撑板附近产生严重流动分离,总压损失急剧增加所导致;增加支撑板与导叶之间的轴向间距,在预旋小于0.3549的工况下能够提高排气蜗壳的静压恢复系数,在预旋大于0.233...

针对透平级叶顶泄漏损失大的问题，提出了将叶顶迷宫密封设计成迷宫刷式密封结构的设计方案，旨在减少叶顶泄漏量和提高气动效率。采用基于非线性多孔介质模型的RANS方程数值方法，研究了实验测量的迷宫刷式密封的泄漏量，数值预测泄漏量与实验测量数据吻合良好，验证了数值方法的可靠性。基于1.5级透平级动叶叶顶迷宫密封结构，将第1个、最后1个迷宫长齿设计成刷丝束的前置、后置迷宫刷式密封结构，对比分析了迷宫刷式密封刷丝束间隙为0~0.4 mm时，1.5级透平级的叶顶间隙泄漏量和气动效率。研究结果表明:前置、后置叶顶迷宫刷式密封在减少泄漏量和提高透平级气动效率方面相似;与叶顶迷宫密封相比，叶顶迷宫刷式密封在刷丝束间隙为0.4 mm时泄漏量减少了18%，透平级效率提高了0.6%;叶顶密封间隙损失主要包括腔室耗散和出口腔室黏性损...

针对叶顶间隙的高速泄漏流及复杂的流动问题，采用数值求解三维RANS方程和k-ω湍流模型方法，研究了凹槽状小翼结构对涡轮级动叶叶顶传热特性和气动性能的影响。数值获得的叶顶表面传热系数分布和实验数据吻合良好，验证了数值方法的可靠性。对比分析了叶顶压力侧、叶顶吸力侧和叶顶两侧凹槽状小翼结构与无小翼凹槽状叶顶的气动传热性能，研究结果表明，相比于无小翼凹槽状叶顶结构:叶顶压力侧、吸力侧和两侧凹槽状小翼结构的叶顶表面平均传热系数分别降低了12.2%、17.1%和19.8%，叶顶两侧凹槽状小翼结构最大程度降低了凹槽状叶顶间隙的泄漏流量，减弱了压力侧角涡和刮削涡，进而降低了凹槽状叶顶的传热系数;压力侧、吸力侧和两侧凹槽状小翼结构的动叶总压损失系数分别增加了8.5%、降低了8.5%和降低了2.5%。吸力侧凹槽状小翼结构能有...

针对450MWe超临界二氧化碳(SCO2)压气机设计的轴端螺旋槽干气密封结构,采用数值求解三维雷诺时均Navier-Stokes(RANS)和SST湍流模型的方法研究了螺旋槽深度和角度对其性能的影响。基于与实验测量的空气介质的螺旋槽干气密封性能实验数据的对比,验证了数值方法的准确性。计算了5种螺旋槽深度和4种螺旋角下SCO2螺旋槽干气密封的泄漏量、开启力和开漏比。结果表明螺旋槽深度的增加会显著提升干气密封螺旋槽根部的最高压力和高压力区域,进而导致具有更高的开启力,同时增加了泄漏量。螺旋角为20°时,螺旋槽深度从3μm增加至7μm,开启力最大增加9.07%;螺旋角为25°时,泄漏量最大增加18.67%;螺旋角为15°时,螺旋槽深度是3μm的干气密封具有最大的开漏比,此时干气密封在各螺旋槽深度下具有最好的综合性能。研究工作可为SCO2螺旋槽干气密封性能分析提供参考。

采用基于转子多频椭圆涡动模型的Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes(URANS)方程求解方法,研究了防旋板高度与第1个迷宫齿前缘高度相同时,防旋板高度对迷宫密封泄漏流动和转子动力特性系数的影响。计算分析了典型中等进口预旋条件下,无防旋板结构以及防旋板高度为1.85,3.7和7.4 mm时,密封泄漏量、气流周向速度与转子动力特性系数。研究结果表明防旋板高度对密封泄漏量的影响可以忽略;当防旋板高度与第1个迷宫齿前缘高度相同时,存在最佳防旋板高度使得防旋板下游气流周向速度最低;防旋板高度增加能够降低进口腔室区域内周向压力波动,进而降低正切向气流激振力,同时能够略微增加防旋板下游腔室区域内负切向气流激振力,使密封转子稳定性增强,但是密封直接刚度在低涡动频率范围内(<162 Hz)随防旋板高度增加而降低。

本文通过求解SST湍流模型以及三维Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes(URANS)方程,研究了单级轴流透平轮缘密封整周模型的流动与封严特性。分析了不同冷气流量下的封严效率与压力波动的变化,并通过与仅保留静叶和仅保留动叶的简化模型比较,分析了动静叶对主流与盘腔内压力波动的影响。结果表明盘腔内部封严效率存在周向波动但无明显周期性规律,主流与盘腔内的压力周向波动受动静叶的影响,存在明显的周期性规律,静叶下游压力波动周期数等于静叶数,动叶上游与盘腔内部压力波动周期数等于动叶数。

针对某液氢涡轮泵级间迷宫密封流体激振诱发转子涡动失稳问题,开展了孔型阻尼密封方案设计及密封泄漏特性和转子动力特性评估研究。通过不同密封间隙、孔径和孔深等关键几何参数的组合,共设计液氢孔型阻尼密封方案25种。采用定常CFD(computational fluid dynamics)数值预测方法,计算分析了密封间隙、孔径和孔深对液氢孔型阻尼密封泄漏量的影响规律;采用基于多频单向转子涡动模型、动网格技术和转子动力特性系数频域识别方法的非定常CFD摄动数值预测方法,计算分析了孔径和孔深对液氢孔型阻尼密封转子动力特性系数的影响规律。研究表明:液氢孔型阻尼密封的孔深和孔径的比值(密封孔深径比H/D)存在一个临界值(H/D=0.5附近),此时密封泄漏量最小;H/D<0.5时,液氢孔型阻尼密封泄漏量对孔深变化不敏感(小于4.5%);较大孔径的液氢孔型阻尼密封具有更小的有效...

针对多特征轴类零件加工中的刀具补偿问题,采用局部补偿方式,避免刀具补偿时零件的连接特征加工精度相互影响。以实例分析该方法在FANUC-0iT数控系统中的应用,结果表明加工多特征轴类零件时,连接特征的加工精度得到了保证,零件整体加工精度得到了提高。

讨论了傅里叶变换光谱仪动镜稳定平移的重要性，研制了以高压无氧氮气为动力源的精密气动液压系统用于推进在研傅里叶变换光谱仪“猫眼”动镜系统，并在此基础之上测量了ＺＹＧＯ干涉仪光源光谱图。