多级离心风机内部流场研究与结构优化（3）

多级离心风机内部流场研究与结构优化

第一章  绪论
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用于航天、冶金、化工、能源等部门。金融危机前，我国的风机事业一直处于稳定增长阶段。我国风机制造企业，近年来逐步推出了系列化、高效率的新型风机产品，这些风机产品是我国风机企业在消化、吸收外国先进技术的基础上自主研制的。尽管如此，我国生产的一些风机目前也还存在着一些问题，在离心风机上主要表现在以下几方面：1、效率低，容量不够大；2、噪声大；3、能耗大；4、型式老旧，更新换代慢；5、风机设计不够完善。
多年以来，为了提高离心风机的效率，优化其综合性能，我国学者对其进行了深入的研究，对离心风机的内部流场进行过很多的分析，并对其各个部分的形状都进行了改进，取得了一定的成果。
清华大学袁新教授及其研究生将基于有限元方法的高效率、高精度、高分辨率的LU-SGS-GE 隐式格式和四阶 MUSCL TVD 格式求解全三维 Navier-Stokes 方程和低雷诺数 q-ω双方程湍流模型的计算程序推广到离心叶轮机械内部流动的数值求解，并以 VKI跨音速透平叶栅和 Krain 高速离心叶轮为例对离心式叶轮机械内部的气动性能进行了全三维的粘性数值模拟，验证了该方法的有效性，同时对 NASA 低速大尺度离心叶轮进行了全工况的数值模拟，给出了该叶轮全工况流量/压比特性曲线。天津大学刘正先副教授及其研究生对离心压缩机的内部流动进行了数值模拟和试验研究。详细分析了离心压缩机各部件如叶轮，扩压器，回流器内的速度。压力和温度的分布规律，并分析了影响离心压缩机效率的原因。并通过改变扩压器叶片的安装角，有效地改善了其内部的流动情况。中国科学院徐建中和杜建一研究员和博士研究生初雷哲对高转速高压比离心压气机进行了详细的数值模拟，研究了叶轮中不同形状叶片前缘对离心压气机性能和流场的影响，并对离心压气机中叶轮和有叶扩压器之间的相互作用进行了非定常的数值研究。 下面将针对两个方面具体分析近年来国内外学者研究离心风机所取得的进展。
（一）离心风机内部流动研究现状 
根据研究离心风机内部流场所用的工具的不同，可以把研究离心风机内部流场的方法分为三种，即：理论分析法、试验分析法和数值分析法。
1、理论分析法
     理论分析法是以数值分析，应用数学，流体力学等为理论工具，对离心风机内部流场进行纯理论的研究和分析的一种方法。近年来，国内外学者对该方法进行了大量的研究，得到了诸如理想气体非定常有摩擦、有传热一维流动的显式波动解析解；对理想气.3 国内外研究现状 离心风机作为广泛应用的通用机械，在国民经济中发挥着举足轻重的作用，广泛应体在有摩擦、有传热时的非定常一维流动给出了一些代数显式解析解，对完全气体不定常解析解地研究、涡动力学离散涡方法的研究、拟流函数流场解析法的研究、可压缩非定常三元流动变分原理的研究以及三维管道内有旋流动的涡势函数拟变分原理，对涡势函数原函数进行了数学改造，提出对涡势函数边界条件的处理方法等理论成。
2、试验分析法
实验分析法是通过对风机内部流场进行测试分析，综合考虑影响流动的各种因素来对风机进行设计的一种方法。李凯、曹淑珍等利用激光多普勒(LDV)测速仪测量离心风机叶片扩压器的内部流场，结果表明，在扩压器喉部附近靠近扩压器凹面的局部区域，速度的方向会向叶片凸面发生较大角度的偏转，随着流量的增大，该区域将会向叶片扩压器的下游及流道宽度方向发展。姜华、宫武旗、张炜等，使用 X 热膜传感器测量了带有分流叶片离心压缩机叶轮出口和扩压器进口不同叶片高处的非定常流动，由试验数据推测出应对扩压器进行重新设计以减少能量损失。朱宏磊、李益民等从流场的角度出发，通过试验得出叶轮叶片的磨损情况，对离心风机叶轮的后盖板中心处倾角进行了研究，得出倾角对流场、叶片的磨损和内部粒子碰撞有很大影响。另外 Aungier 给出了无叶扩压器、弯道和回流器的设计方法并进行了实验验证。Flathers 和 Bache 等进行了模化后(模化比 0.5)的工业管线压缩机的进口流场的实验研究，包括进口导叶的有无和角度大小对流场的影响。Hagelstein 和 Braembussche 等研究了不同工况下蜗壳内压力的恢复和损失，并给出了压力损失的计算方法分别研究了低压压缩过程、多段离心压缩机和无叶扩压器内的喘振和旋转失速现象。
等测量了半开式叶轮的叶顶间隙运转值并给出了间隙值的控制方法和泄漏对性能的影响。相对来说，中外学者更注意对扩压器的研究。

分别得到了无叶和叶片扩压器内的速度分布，前者还将不同转速时的测量结果与采用κ-ε湍流模型和SIMPLEC 算法得到的结果进行了比较。Engeda分别研究了无
叶扩压器宽度、前者还研究了叶片扩压器的叶片数、不同扩压器型式对级性能的影响。

等分别研究了无叶扩压器伴随非定常和旋转失速的回流现象以及不同几何形状的叶片扩压器与叶轮的相互作用。但是叶轮机械的内部流场非常复杂，实验测量的成本高，周期长，测量技术不够完善，就目前而言，还没办法精确测量边界层内的流动和全部意义上的非定常流动.