周向弯曲低压轴流风机叶顶泄漏流动数值研究1
作者:石家庄风机 日期:2015-8-5 浏览:1325
风机厂石家庄风机厂石家庄风机石家庄市风机厂石家庄风机维修石家庄风机销售
本文采用数值模拟的方法,对三种带有周向弯曲叶片的低压轴流通石家庄风机(原型叶轮、周向前弯及后弯叶轮)的叶顶泄漏流动进行了研究。在数值计算与试验测量结果较为吻合的条件下,从流场和压力场等不同角度分析探讨了叶片周向弯曲后,叶顶泄漏流动和泄漏涡的形成和发展规律。数值计算结果表明,叶顶周向前弯加剧了泄漏涡与主流的掺混;周向后弯叶轮比前弯叶轮有助于减弱叶顶泄漏流动;强度大、衰减慢的泄漏涡,降低了叶顶的通流能力,同时与主流的掺混加剧也增大了叶轮的端部损失;此外,顶部间隙高度的增加,泄漏流动加强,旋涡的起始点更靠近叶片后缘。弯掠技术最早出现在航空机翼中[1|,近年来,在叶轮机械领域逐渐显示出良好的应用前景【2J,已成为研究热点之一。实践证明,采用叶片弯掠技术可有效地实现减小流动损失、提高气动效率、降低气动噪声以及扩大稳定工作范围的目的[3~引。叶片顶部的间隙流动十分复杂【7,8|,对于低压轴流石家庄风机的工作效率和运行稳定性有较大的影响[9]。叶片弯曲后,加之叶片的旋转,使得间隙流动更加复杂文基于弯掠叶片的大量理论和实验研究f3~10J,采用数值方法,对周向前弯、后弯叶片的低压轴流叶轮的叶顶泄漏流动进行了细致研究。探讨了叶片不同周向弯曲方向和角度对叶顶泄漏流动和泄漏涡的影响,并分析了叶顶间隙高度对泄漏流动的影响。
2计算模型本文所研究的弯掠叶轮以低压轴流通石家庄风机T墨5—11No.5为原型,进行设计。所设计的周向前弯和后。本弯叶轮除叶片周向弯曲角度外,其它几何参数均与T35叶轮保持一致。叶轮的主要设计参数见表1。其它参数见文献10。3计算方法计算区域由叶片主流区和叶顶间隙区两部分组成。叶片主流区采用H型网格,网格点数:流向×展向×跨叶片方向=129×73×65,叶顶间隙区采用H—O型网格,网格点数为65×13×13,即在间隙高度方向和叶片厚度方向分别取13个点。将叶片相对间隙下/^分别为1.54%和o.31%。 (以下各图没有说明的均为1.54%)。采用时间相关法求解雷诺平均Ns方程组,加BL湍流模型。空间离散为守恒形式的有限体积法,中心差分格式。四阶Runge—Kutta法进行时间推进。多重网格和隐式残差均化对流动实施加速收敛。边界条件设置为:进口给定总压,总温;出口给定质量流量;叶轮进出口延伸区给周期条件,绝热固体壁面给定无滑移条件。当进、出口质量流量误差小于或等于5×10-5时认为计算达到收敛。4结果分析根据GBl236.85性能试验标准对叶轮进行气动性能试验。表2给出所模拟的石家庄风机运行状态下,计算和试验结果的比较。从比较结果来看,在设计流量下三个叶轮总压升的实验和计算结果吻合较好,相对误差小于5%,证明计算结果是准确有效的。
4.1叶顶泄漏流流线图1为三种石家庄风机在叶顶间隙区域的三维流线分布。对于原型叶轮,泄漏流起始于叶顶中部弦长附近,距叶片前缘34%弦长处开始形成泄漏涡,并脱离吸力面向相邻叶片的压力面方向流动。在叶弦尾部,泄漏涡涡核有弥散的趋势,向压力面方向前进的过程中泄漏涡破碎(图l(a))。与原型叶轮相比,泄漏涡在前弯叶轮的发生、发展有所不同(图1(b)),它的起始位置比原型叶轮更远离叶片前缘,大约在距离前缘46%的弦长处。另一方面,不论在叶弦尾部还是向压力面方向的整个发展过程,泄漏涡涡核的弥散程度减小,泄漏涡的强度增加。从原始叶轮和前弯叶轮的叶片形状来看,这些不同之处也反映了叶片弯角,特别是顶部弯角的不同对泄漏涡所造成的不同影响,即叶片周向前弯角越大,泄漏涡的强度越强。与前弯和原型叶轮相比,后弯叶轮的叶顶泄漏涡的起始位置更靠近叶片前缘,大约在26%的弦长处(图1(c))。与前弯叶轮相比,后弯叶轮的叶顶泄漏涡涡核的弥散程度更强,弥散范围更大。但与原始叶轮相比,泄漏涡失稳后衰减要慢一些。