真实环境运行的风力机常受到强湍流相干结构对其的影响,而湍流相干结构的发生具有空间位置的不确定性和随机性,叶片作为捕获风能的主要部件其载荷直接关系到风力机运行的安全性,因此该文对湍流相干结构位置的改变对叶根载荷的影响展开研究。结果表明,湍流相干结构位置的改变对摆振力矩影响较小,位置的下降会使得挥舞力矩趋于稳定且波动集中;叶根挥舞方向的载荷约为摆振方向3.5倍;叶根载荷波动具有低频高能的特点,当湍流相干结构中心位于轮毂中心时叶根载荷最大。

对液环泵壳体型线进行优化分析,提出了基于直接自由曲面变形(DFFD)方法的液环泵壳体型线的响应面优化方法.采用DFFD方法对液环泵壳体型线进行精确的参数化控制,在控制变量空间进行了试验设计,采用VOF模型对液环泵内的气液两相流动进行数值模拟,对液环泵壳体型线进行响应面优化分析,建立了液环泵壳体型线与其进口真空度及效率之间的响应关系,实现了对液环泵进口真空度及效率的优化.算例优化结果表明壳体型线对液环泵水力性能有较大的影响,在一定范围内可实现泵效率及进口真空度的提高;具有较大吸气区面积扩散比的壳体型线所对应的液环泵具有较高的进口真空度,而泵的效率随该面积比的变化规律正好相反;在试验设计变量空间,泵的效率随其进口真空度的增大近似呈线性下降趋势.

以螺旋离心泵为对象，利用欧拉k-ε数学模型对其内部三维流动进行数值模拟，计算了颗粒直径相同和浓度不同、颗粒直径不同和浓度相同以及同一流体中含有两种不同直径颗粒等三种状况下螺旋离心泵的液固两相流场，比较了颗粒直径和浓度对计算结果的影响，分析了浓度、速度、压力等流动参数在泵内的分布规律及相互影响，为改善叶轮的性能和进一步深入研究泵内的液固两相流动机理提供了一定的参考。

雷诺数是影响翼型气动特性的主要参数之，当雷诺数在5×10^5—1×10^7范围内变化时，基于N-S控制方程，对S827翼型在攻角α为-14°—45°范围内变化时的气动特性进行数值计算，研究了雷诺数对该翼型的升力特性、阻力特性、最大升力系数、最大升阻比、流动分离特性、失速特性等气动特性的影响。

依据给定的参数,对水力透平机进行模型设计。采用FLUENT软件对所设计的水力透平机进行了全流道三维定常湍流数值模拟,计算以雷诺时均N-S方程为基础,基于贴体坐标和交错网格划分,对控制方程进行变换和离散。采用SIMPLEC算法实现速度、压力变量的分离求解。定常湍流计算采用了标准k-ε湍流模型。模拟计算获得了水力透平各过流部件内部的流动机理,该数值计算方法和结果对水力透平机的水力优化设计具有重要意义。

采用欧拉气液两相流动模型对液环真空泵内部三维非稳态气液两相流动进行数值模拟，通过数值模拟研究叶轮与壳体间的径向间隙及叶片型线对液环泵性能的影响，分析了液环泵内液相能量转换的规律，分析了前弯、后弯及直叶片不同叶片型线液环泵性能曲线，分析了叶轮径向间隙对液环泵性能的影响。数值模拟结果表明后弯叶片、径向直叶片和前弯叶片下液环泵的极限真空度和最大流量依次递增；随着叶轮径向间隙的减小，液环泵的极限真空度和最大流量逐渐增大。为液环泵的性能优化研究提供了理论依据。

钝尾缘风力机翼型有较好的结构和气动性能是目前多被用于大型风力机叶片靠近轮毂区域的选定翼型。但钝尾缘翼型也有缺点易产生大的脱流涡这会降低叶片的气动性能。为了更好地研究钝尾缘翼型的性能以了解其气动性能的降低能否与其结构性能的优化相匹配。采用计算流体动力学（Computational fluid dynamicsCFD）方法对薄尾缘翼型S809和改进的钝尾缘翼型S809-100的性能进行模拟和对比结果表明相对于薄尾缘翼型钝尾缘翼型可以增大断面的最大升力系数和升力曲线斜率并可以降低翼型污染对翼型升力影响的敏感度。

为了研究Gurney襟翼对风力机专用翼型的增升效果采用数值求解N-S方程的方法对装有Gurney襟翼的DU95-W-180翼型进行了数值计算在翼型尾缘压力面添加高度为弦长的1%、2%、3%、4%的Gurney襟翼攻角范围为-8°~18°计算各种工况下的翼型气动性能并与原翼型气动性能相比较。结果表明：Gurney襟翼对风力机专用翼型有很好的增升效果而且增升效果与高度密切相关襟翼高度越大升力系数越大相应的阻力系数也会增大。Gurney襟翼的最佳应用场合为中高升力系数情况在中小升力系数情况下不宜使用。