叶轮机械非定常流动的特点
叶轮机械内部流动研究进展
叶轮机械内部流动研究进展叶轮机械在能源、航空、航天等领域具有广泛的应用，其内部流动特性是影响设备性能的关键因素。
近年来，随着计算能力提升和实验技术的进步，叶轮机械内部流动研究取得了一定的进展。
本文将概述叶轮机械内部流动研究的主要成果、不足，以及未来研究方向。
在叶轮机械内部流动研究中，数值模拟和实验研究是两种主要的方法。
数值模拟可以较为精确地预测流场特性，但需要合适的湍流模型和精确的初始条件。
实验研究可以通过测量实际流动参数，对数值模拟结果进行验证，但受实验设备和测量技术限制，实验结果可能存在误差。
近年来，研究人员针对叶轮机械内部流动进行了大量实验研究。
通过测量速度、压力和温度等参数，对流场特性进行了深入分析。
基于实验数据，研究人员还开展了理论分析，提出了多种描述叶轮机械内部流动特性的模型和算法。
这些模型和算法可以较好地解释实验数据，并为工程应用提供了依据。
通过对实验和数值模拟结果的分析，研究人员发现叶轮机械内部流动具有复杂的非线性特性和不确定性。
流场中的涡结构、叶片表面分离和尾迹现象等对设备性能产生重要影响。
流动特性还受到转速、攻角、湍流度等因素的影响。
叶轮机械内部流动研究取得了一定的进展，为提升设备性能提供了有益的参考。
然而，由于叶轮机械内部流动的复杂性和不确定性，仍存在许多需进一步探讨的问题。
未来研究可以以下几个方面：1）发展更精确的数值模拟方法；2）完善实验技术和测量设备；3）深入研究流动特性的物理机制；4）考虑多尺度、多物理场耦合效应。
叶轮机械是工业领域中广泛应用的设备之一，例如在能源、航空、交通等领域。
然而，叶轮机械在工作过程中会产生气动噪声，这不仅会引发噪音污染，影响人体健康，还会降低设备效率，增加能源消耗。
因此，对叶轮机械气动噪声进行研究具有重要意义。
本文将介绍叶轮机械气动噪声的产生机理、研究现状、研究方法以及未来的研究方向。
叶轮机械气动噪声的产生机理主要包括叶片的绕流特点、声源的分布特征以及噪声的传播途径。
定常&非定常
du dy
μ 粘度
符合牛顿粘性定律的流体称为牛顿型流体 μ单位 1 P＝100 cp＝0.1 Pa·S P 泊， cP厘泊 μ可由实验测定，粘度计 μ与P关系不大，但与T关系很大 注： 气体粘度一般远小于液体粘度 液体：μ随T↑而↓ 气体：μ随T↑而↑ 气体分子碰撞加剧
2.2.5 流动边界层 平板边界层 边界层的形成 边界层：由于流动受壁面影响而存在速度梯度区 域 边界层厚度：自壁面到流速达到流体主体流速99 ％处的厚度 Re数 ↑，边界层厚度越薄 边界层内速度梯度较大，即使流体粘度很小，也 会产生较大的内摩擦力
2
流体流动从管道入口开始形成边界层直到发展到 边界层在管道中心汇合为止的长度，称为稳定段 长度 层流下： 湍流：稳定段长度较短，一般为圆管直径的50～ 100倍 只有在稳定段后，流动型态和流速分布才能保持 稳定不变
2.2.6 动量传递 相当于牛顿粘性定律换一个角度考虑 层流流动的相邻两层流体中，流速较高的流体层 中的分子因分子扩散作用进入低速流体层中，促 使低速流体层加速 同时，低速层中的分子也因分子扩散作用进入告 诉流体层，使高速流体减速，相当于两相邻层流 体之间相互施加了一种反向的内摩擦力，即剪切 力
惯性力 爬流，可忽略 Re数大，惯性力起主要作用 粘性力 ③可用于判断两个流动系统是否相似 若系统几何相似，且Re数相同 → 两者流动型态相同 流体动力过程相似 Re =
②
Re数小，粘滞力起主要作用，
层流 ⎫ ⎬2种流动型态 湍流 ⎭ 过渡区域
注意：(1) 圆管d － 管直径， 非圆管 de － 当量直径 de ＝ 4 rH，4倍的水力直径，
τ =μ
ν=
μ ρ
自吸泵内能量损失及非定常流动特性研究
自吸泵内能量损失及非定常流动特性研究1 研究背景自吸泵由于其具备良好的自吸性能，而被广泛地应用于农业灌溉、市政排水、食品和印染等行业［1］。
由于自吸泵具有气液分离腔、回流孔等特殊结构，气液分离腔内部存在明显的扩散和冲击损失，同时运行过程中回流孔处回流液体使得其内部的水力损失明显高于普通离心泵。
因此，其水力效率普遍偏低。
为此，深入研究自吸泵内能量损失特性具有重要的科学意义。
由于离心泵几何结构的复杂性和不对称性，使得其内部流动具有显著的非定常特征，流动分离［2］、二次流［3］、动静干涉［4］、失速［5］及各种尺度的漩涡现象加剧了离心泵内部的能量损失。
因此，不少学者研究了泵内部不稳定流动结构（比如，失速团或者漩涡）与其水力损失的关联。
随着计算流体动力学的发展，离心泵内部的瞬态流动特性以及流动损失机理得到了进一步的揭示。
Zhang 等［6］采用DDES 方法对离心泵内部的非定常射流-尾迹流动结构及其演化特征进行了深入分析，揭示了叶片尾迹是引起离心泵内部局部漩涡和压力波动的主要原因。
Zhou 等［7］采用大涡模拟方法分析了离心泵内部失速涡的演变规律，揭示了随着叶轮内部失速涡的发展，其内部流动损失和压力波动的强度得到了显著增长。
同时，在非设计工况下，离心泵内部的流动状态变得十分的不稳定，极易诱发强烈的漩涡，进而导致离心泵内部产生显著的能量损失［8-9］。
如果能够定量地揭示离心泵内不同区域的能量损失大小及分布规律，就可以针对性地去优化离心泵的水力设计参数以改善其性能。
熵产代表了一个系统的不可逆性及流动中能量损失的大小，近年来，该理论在离心泵能量损失评估方面得到了一定的发展。
大量研究表明，熵产理论与传统的水力损失评估法相比，其优势在于能够准确地预测离心泵内能量损失的具体区域，直观地反映泵内能量损失的分布特征，为研究人员的后续改进优化提供准确直观的参考信息［10-13］。
张永学等［14］利用局部熵产方法对离心泵内的能量损失特性进行了系统评估，揭示了叶轮和蜗壳是熵产发生的主要区域。
水泵工程中的流体叶轮理论
水泵工程中的流体叶轮理论水泵被广泛运用于农业、建筑、船舶、化工、排水和供水等领域，是现代社会中不可或缺的设备。
水泵工程中的流体叶轮理论是水泵性能设计和优化的核心内容之一，本文将从叶轮的基本构造、叶轮的流动特性以及叶轮的设计与优化三个方面探讨水泵工程中的流体叶轮理论。
一、叶轮的基本构造叶轮是水泵的核心部分，其基本构造包括叶片、轮盘和轴，其主要功能是将电机提供的机械能转化为液体动能，推动水流进行流动。
不同类型的水泵根据叶轮的具体形式，可分为离心泵、轴流泵、混流泵等。
其中，离心泵是水泵的最常见形式，由于其结构简单、效率高、使用范围广，成为工业生产和民用供水的首选泵型。
二、叶轮的流动特性叶轮作为水泵的核心部分，其流动特性对整个水泵性能的好坏有着决定性的影响。
对于离心泵的叶轮来说，其流动特性主要包括两个方面：流线外形和叶片角度。
流线外形是叶片表面的形状，决定了水流在叶轮内的运动轨迹和速度分布，对流动损失和泵的效率有一定的影响。
而叶片角度则控制了液体在叶轮内部的速度和流向，可用于调整泵的流量和压力。
三、叶轮的设计与优化叶轮的设计与优化是水泵工程中最具挑战性、最具创新性和最具技术含量的方面之一。
基于叶轮的流动特性和泵的性能要求，设计者可以通过提高叶轮的效率、调整叶片的形状和角度、优化流道结构等方式来改善泵的性能。
其中，采用CFD （Computational Fluid Dynamics）数值模拟技术可以帮助设计者快速预测叶轮设计方案的效果，同时避免了传统试验方法的成本和时间浪费。
结语水泵工程中的流体叶轮理论是水泵性能设计和优化的重要内容，对于保障我国工业和居民日常生活的正常运转时不可或缺的。
未来，随着技术的发展和创新，叶轮设计和优化技术也将不断更新和改进，以适应日益多样化和个性化的用户需求和市场需求。
非定常流动的涡轮增压器离心压缩机
非定常流动的涡轮增压器离心压缩机：三维计算流体动力学数值模拟及实验分析叶轮叶片振动Hans-Peter Dickmanne-mail: hans-peter.dickmann@Thomas Secall Wimmele-mail: thomas.secallwimmel@Jaroslaw Szwedowicze-mail: jaroslaw.szwedowicz@Dietmar Filsingere-mail: dietmar.filsinger@Christian H. Rodunere-mail: christian.roduner@在单级离心压缩机的实验研究表明，测量叶片的振动振幅变化很大并沿着阻气的一条匀速线涌起。
对非定常流动进行了分析，得到了激励机制的详细资料。
所以，对涡轮增压器压气机叶轮的阶段通过建模和计算流体力学（CFD）动力学方法进行了模拟。
对两个在非设计工况操作要点进行了分析。
第一个接近堵塞线，第二个接近喘振线。
瞬态CFD被采用是因为只有这样一个叶片激发了非定常流状况引起的，这是可以预期到的。
只有瞬态CFD可以提供合适的解决方案。
CFD 的结果表明，套管之间的相互作用是受套管引流系统和主流程的影响。
此外，对吸入弯头和出水蜗壳这些非轴对称组件的效果进行了分析。
蜗壳的几何本身并没有被建模。
蜗壳和吸入弯头并处圆周非对称流场足以使叶片扩压器模拟蜗壳排出圆周压力分布不对称从而产生激发叶片。
了解导致叶轮的实测振动行为的激励机制，时间上的叶轮叶片的依赖压力分布跨形成了由傅立叶分解频域。
数值确定的复模态压力是由有限元法（FEM）构成的模型结构。
以现在国家的最先进的计算分析了叶轮的自由振动行为，对振动响应进行了计算。
与模拟实验的比较表明，该方法是采用假设叶轮的真正动力条件下的振动状况，融入到离心式压缩机设计的过程将提高设计质量。
ABB Turbo Systems Ltd,CH-5401 Baden,SwitzerlandContributed by the International Gas Turbine Institute _IGTI_ of ASME for pub-lication in the J OURNAL OF T URBOMACHINERY . Manuscript received October 1, 2004;final manuscript received February 1, 2005. IGTI Review Chair: K. C. Hall. Paperpresented at the ASME Turbo Expo 2005: Land, Sea, and Air, Reno, NV, June 6-9,2005, Paper No. GT2005-68235.简介涡轮增压器离心压缩机具有较大的工作转速范围，这取决于增压柴油发动机负荷。
涡轮叶尖泄漏涡对非定常
涡轮叶尖泄漏涡对非定常
涡轮叶尖泄漏涡对非定常条件下的影响是一个重要的研究课题。
涡轮叶尖泄漏涡是由于高压涡轮转子叶尖与静子间隙处的气流泄漏引起的，会给涡轮性能和气动特性带来负面影响。
在非定常条件下，涡轮叶尖泄漏涡的形成和发展会受到更多的干扰和扰动。
非定常条件下可能存在的扰动包括：涡流涡脱落、涡流涡交替、叶片尖端倾泻现象等。
这些扰动会对涡轮叶尖泄漏涡的产生和扩散过程造成影响，进而影响涡轮的性能。
非定常条件下，涡轮叶尖泄漏涡的扩散和混合速度也会发生变化。
由于扰动的存在，涡轮叶尖泄漏涡的速度和流向分布可能会出现更加复杂的非均匀性。
这会导致涡轮的流动损失增加，效率降低。
针对涡轮叶尖泄漏涡对非定常条件的影响，研究者通过实验和数值模拟等方法进行研究。
通过对非定常条件下的涡轮叶尖泄漏涡进行精确的测量和分析，可以揭示涡轮非定常性能的变化规律。
同时，通过优化叶片形状和尖端密封结构设计等手段，可以减小涡轮叶尖泄漏涡对涡轮性能的影响，提高涡轮的效率。
总的来说，涡轮叶尖泄漏涡在非定常条件下的影响是复杂而重要的。
研究涡轮叶尖泄漏涡的非定常性能变化规律，对于提高涡轮性能和效率有重要意义。
叶轮机械的基本理论
c12
)
g(z2
z1 )
h
0
（2—29）
29
c wu
(2—7）
其中，c为绝对速度，w为相 对速度，u为圆周速度。
图2—17
图2—18
16
图2-19为速度三角形。C和w可分解为圆周分量和周向分量。即
cm wm u cu wm
（2—8）
图2-19
17
第三节 叶轮机械的基本方程式
一、叶轮进出口速度三角形：
对于叶轮旋转机械，流体相对于绝对坐标系的速度用绝对速度c表示， 关于相对坐标系的速度用相对速度w表示，流体随叶轮一起旋转的速度称 圆周速度u，三者的关系为
2
• 工作过程：工作机由电动机带动旋转，在叶片作用下，形成吸入力， 使叶轮中的流体获得能量，进入涡壳，此时流体速度降低，压力升高， 然后从扩散管流出。由于叶轮连续运转，流通就不断地由叶轮吸入和排 出，转轴的机械能就不断地转换为流体的压力能和速度能。
3
❖ 双吸单级离心泵（图2-3）： 其通流部分由吸入口（进气 口）、叶轮、涡壳组成。其 叶轮相当于两个单吸叶轮背 靠背联成一体，流体从叶轮 两侧吸入，故吸入流量大。 这种结构的吸入室复杂，流 体常常是径向流入。
13
第二节 流体在叶轮中的运动分析
一、叶轮流道投影图
左图的叶片一般为空间曲面，是
关于轴对称的，故用柱面坐标表示为
方便。用z轴表示轴向，r为半径方向，
θ为圆周方向。则叶片表面可用曲面
方程表示
(r, z) （2-1）
(r, z)
叶片上任意一点的空间位置，可用坐标（ (ra ,a ,）za表) 示。
wu hu wth hth 0.5(u12 u22 ) 0.5(c12 u22c ) 0.5(w22 w12 ) (2 7a)
跨音压气机风扇转子叶顶泄漏流动的非定常机制研究
跨音压气机风扇转子叶顶泄漏流动的非定常机制研究一、本文概述本文旨在深入研究跨音压气机风扇转子叶顶泄漏流动的非定常机制。
跨音压气机作为现代航空发动机的核心部件，其性能直接影响到飞行器的动力性能和经济性。
风扇转子叶顶泄漏流动是跨音压气机中一种重要的流动现象，对于压气机的稳定性和效率具有重要影响。
然而，由于泄漏流动涉及复杂的流动机制和相互作用，目前对其非定常机制的理解仍不够深入。
因此，本文的研究具有重要的理论价值和实际应用意义。
本文将对跨音压气机风扇转子叶顶泄漏流动的基本特征和影响因素进行概述。
在此基础上，通过分析泄漏流动的非定常特性，揭示其演化规律和内在机制。
接着，本文将探讨非定常泄漏流动对压气机性能的影响，包括稳定性、效率等方面。
本文将提出优化风扇转子设计的策略和方法，以降低泄漏流动的负面影响，提高压气机的整体性能。
本文的研究方法主要包括数值模拟和实验验证。
通过构建高精度的数值模型，模拟跨音压气机风扇转子叶顶泄漏流动的非定常过程，揭示其内部流动机理。
结合实验结果，验证数值模型的准确性和可靠性，为深入理解泄漏流动的非定常机制提供有力支持。
通过本文的研究，期望能够揭示跨音压气机风扇转子叶顶泄漏流动的非定常机制，为优化压气机设计和提高发动机性能提供理论依据和技术支持。
本文的研究成果也将为相关领域的研究提供参考和借鉴。
二、跨音压气机风扇转子叶顶泄漏流动基础跨音压气机风扇转子的叶顶泄漏流动是一种复杂的流动现象，它涉及到流体的动力学、热力学和气动声学等多个方面。
叶顶泄漏流动的产生主要是由于叶尖间隙的存在，使得在叶片压力面和吸力面之间的流体有机会通过间隙流向叶顶区域，进而泄漏到主流中。
这种流动不仅会影响压气机的性能，如效率、压比和稳定性，还可能引发叶片振动和噪声。
跨音压气机风扇转子的叶顶泄漏流动具有非定常性，其流动特性随时间和空间的变化而变化。
这种非定常性主要来源于两个方面：一是由于叶片旋转造成的周期性变化，使得叶顶泄漏流动呈现出周期性的非定常特性；二是由于压气机内部流动的复杂性，如激波、附面层、二次流等，这些流动特性会对叶顶泄漏流动产生影响，使其呈现出更为复杂的非定常特性。