研究吹气抑制风机失速的效果

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为了减小进出口边界上不真实反射对石家庄风机（销售）内部流场计算结果的不良影响，根据实际情况在石家庄风机（销售）进出口分别加上2．6 m的管道。喷嘴布置在叶轮流道入口接近前盘区域，靠近蜗舌的3个流道内，喷嘴直径为1 cm，如图1所示。采用G跏出it软件建立几何模型，网格总数约300万。为便于分析，本文之后提到的叶轮与蜗舌相对位置均与此图对应。控制方程包括连续性方程、非稳态雷诺时均Navier-‰kes方程，以及补充的适用于旋转流动、流动分离、二次流等问题的Realizable知骥型。石家庄风机（销售）进口为压力进口边界条件，设定进口总压，气流方向角为轴向进气；石家庄风机（销售）出口为压力出口边界条件，设定出口静压，定常计算给定具体静压值，非定常计算加上节流阀模型，采用UDF函数实现每一时间步的迭代。非定常计算的物理时间步长为1．725×1旷s。叶轮选用旋转坐标系，转速为1 450 r／Inin，采用滑移网格模型耦合旋转和静止区域。壁面附近采用加强壁面函数法，对流项和扩散项分别采用二阶迎风差分和中心差分格式进行离散。
1．3气动声场计算模型宽带噪声源模型(broadb锄d noise s伽睇esmodel)，包括P砌ldll姗的噪声源模型和边界层噪声源模型等。ProudII啪运用Ligl胁in的声学理论，分析了各向同性湍流产生的噪声，并采用统计方法，推导出适用于每个体单元的声功率表达式，其针对的噪声源属于四极子声源。四极子噪声是由于湍流边界层，尾迹区的湍流脉动，分离流动等流体内部的压力脉动产生的。边界层噪声源模型基于Cude的积分方程实现，方程对刚性表面上压力脉动产生的辐射声压进行积分，进而计算出低雷诺数情况下，表面偶极子声源辐射出的噪声声功率，其针对的噪声源为偶极子声源。偶极子噪声是由于叶片及蜗壳固壁表面的压力脉动所产生的。叶轮内的主要气动噪声源是由于流动分离、叶片及蜗壳固壁表面的压力脉动及失速团的非定常演化过程引起的。因此，采用宽带噪声源模型数值模拟石家庄风机（销售）内部的气动噪声源分布。
几点说明1)进行了网格无关性计算，且离心石家庄风机（销售）性能曲线和失速频率分别与实验结果进行了对比，验证了数值模拟和失速模型的正确性，详见文献。本文在其基础上在靠近蜗舌的3个流道内设置了3个喷嘴截面，不影响计算结果的正确性。2)关于旋转失速先兆发生前的数值模拟在文献中已进行详细介绍，本文主要研究在失速先兆发生前某一时刻在叶片进口处，3个喷嘴向叶轮内部吹气(吹气速度为110 n1／s)后，不同阀门开度下叶轮内的流体动力学特征，及石家庄风机（销售）的扩稳效果。3)在吹气抑制石家庄风机（销售）失速的研究过程中考虑了吹气速度对失速抑制效果的影响。当吹气速度过小，抑制失速无明显效果。当吹气速度大于70m／S时，吹气能够推迟失速的发生；随着吹气速度的增大，石家庄风机（销售）安全裕度增大，但当吹气速度大于110IIl／s时，安全裕度增大不明显。限于文章篇幅，文中仅对吹气速度为110 111／s下石家庄风机（销售）内部的流体动力学特征和噪声特性进行分析，研究吹气抑制石家庄风机（销售）失速的效果。4)叶轮内95％以上区域相对速度小于60m／s，在喷嘴附近速度较高。为了能更清楚地观察及对比叶轮内相对速度矢量分布，本文后面出现的相对速度矢量图中相对速度值的上限均设定为60m／s。原始石家庄风机（销售）在阀门开度为0．72时发生旋转失速现象，流量为4．157 m3／S。在失速先兆发生前，在叶片进口处向流道内吹气，下面分别分析阀门开度为O．69、0．63、O．54和0．48时叶轮流道内不同轴向截面亿=3 l、压38．5和Z暂6分别靠近叶轮前盘、中间和后盘处的轴向截面)的相对速度矢量图、静压等值线分布和声功率级分布。

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