【摘要】：本研究采用三維氣動設(shè)計方法設(shè)計了具有NACA65-810翼型的直葉輪、周向前彎和周向后彎葉輪,并采用計算流體力學(xué)軟件模擬其氣動性能,分析了壓力峰值工況和設(shè)計工況下3個葉輪葉頂泄漏流和泄漏渦的空間發(fā)展和葉頂間隙部分靜壓損失以及熵分布。結(jié)果表明:直葉輪引入周向前彎后,葉頂泄漏流的卷吸能力降低,泄漏渦起源位置向遠離葉片前緣的方向遷移,泄漏渦渦心徑向高度得到了保持,降低了葉頂泄漏渦與主流的干涉作用;引入周向后彎后,泄漏流的卷吸能力增強,泄漏渦的起源位置向靠近葉片前緣的方向遷移,遠離葉片前緣的渦心徑向高度顯著降低,渦核下游彌散范圍擴大,增強了葉頂泄漏流與主流的干涉作用,不利于降低葉頂泄漏損失。
文內(nèi)圖片：
圖片說明： 輪葉頂泄漏流動特點，為后續(xù)研究提供借鑒。2數(shù)值模型及計算方法采用NACA65－810翼型設(shè)計具有直葉片、周向前彎和周向后彎特征葉片的軸流葉輪，葉片采用孤立翼型設(shè)計方法和變環(huán)量流型分配徑向載荷。葉輪設(shè)計參數(shù)為:設(shè)計流量3m3/s，設(shè)計全壓140Pa，轉(zhuǎn)速1450r/min，輪轂比0．35，葉頂間隙3mm，葉片數(shù)為5，截面積疊方式為重心積疊，周向彎曲葉片的積疊線由直線段引入周向彎曲形成，周向彎曲角度取研究較多的8．3度，積疊線由交點位于0．4相對葉高的直線段和圓弧組成，兩者分別位于葉根和葉頂，積疊線和3葉輪模型如圖1所示。為敘述方便，以下分別簡稱直葉輪、前彎葉輪和后彎葉輪。圖1積疊線及葉輪模型Fig．1Stackinglinesandmodelforimpellers分別采用Numeca/IGG和Numeca/FineTM對葉輪單通道流場進行網(wǎng)格劃分和計算求解，數(shù)值模型采用S－A湍流模型，并采用四階龍格－庫塔法對計算進行時間推進，壁面第一層網(wǎng)格的y+值控制在1附近，對壁角處網(wǎng)格采用加密的處理方式提高計算精度，網(wǎng)格總量約75萬，網(wǎng)格分布為:流向×轉(zhuǎn)向×展向=139×65×73，葉片周圍O型網(wǎng)格分布為:193×73，葉頂間隙網(wǎng)格分布為:193×17×17。網(wǎng)格無關(guān)性分析分別取55萬和100萬，，計算結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)75萬網(wǎng)格計算結(jié)果與100萬網(wǎng)格計算結(jié)果相近且75萬網(wǎng)格計算耗時更少。設(shè)計工況邊界條件給定進口總壓101506．8Pa、總溫293K和出口流量3．63kg/s，壓力峰值工況進口邊界條件與設(shè)計工況相同，出口給定流量3．267kg/s，葉輪進出口給定周期性邊界條件，壁面給定絕熱無滑移條件，收斂殘差給定1e－6。3計算結(jié)果及分析3．1泄漏流空間發(fā)展圖2為壓力峰值工況(流量系數(shù)鐖=0．44，全壓系數(shù)ψ=0．13)和設(shè)計工況(流量系數(shù)鐖=0．49，全壓系數(shù)ψ=0．11)下3個葉輪葉?
文內(nèi)圖片：
圖片說明： 第11期顏培弟，等:周向彎曲方向?qū)ACA65翼型軸流葉輪葉頂間隙流動影響同步變化;直葉輪引入周向前彎后兩種工況下渦心位置具有與直葉輪相同的變化規(guī)律，不同的前彎葉輪渦心徑向位置先上升后降低，在0．7弦長以后渦心徑向位置逐漸趨于一致;直葉輪引入周向后彎后渦心徑向位置在兩種工況下具有同步變化，渦心徑向位置下降速率也明顯高于直葉輪。直葉輪引入周向后彎后，同一工況下截面徑向位置顯著降低，引入周向前彎后在0．55弦長以內(nèi)渦心位置具有明顯降低，0．55弦長以后范圍內(nèi)直葉輪的渦心位置則低于前彎葉輪。而從兩種工況下同一截面(圖3(c))內(nèi)渦核的彌散可以看出，由設(shè)計工況進入壓力峰值工況后渦核的彌散范圍擴大，由等值線值可看出，渦的卷吸作用明顯增加;直葉輪引入周向前彎后渦核彌散程度有小幅降低，渦的起源由距葉頂前緣0．14弦長(第7截面)增加到0．29弦長(第6截面)，而引入后彎后渦核彌散范圍則明顯擴大，渦核起源則沒有明顯變化，泄漏渦的卷吸作用則明顯增強。由此可以看出，直葉輪引入周向前彎后，葉頂泄漏渦的渦心徑向位置得到了保持，降低了葉頂泄漏渦與主流的干涉作用，渦核彌散程度有顯著降低，渦核起源向下游移動;引入周向后彎后渦心徑向高度降低，葉頂泄漏渦與通道內(nèi)的主流干涉作用增強，渦卷吸作用明顯增強，不利于降低葉頂泄漏流的影響。注:ps－壓力面;ss－吸力面;le－前緣;te－尾緣圖2葉頂泄漏流變化Fig2Changesofthebladetipleakageflow·21·
【作者單位】： 江南大學(xué)機械工程學(xué)院;
【基金】：江蘇省自然科學(xué)基金青年基金項目(BK20130150)
【分類號】：TK14

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 曹麗華;張冬雪;胡鵬飛;李勇;;汽輪機動葉柵頂部泄漏流的大渦模擬[J];化工機械;2014年01期

2 張揚;袁新;;攻角對端壁縫隙泄漏流氣膜冷卻的影響[J];工程熱物理學(xué)報;2012年12期

3 張銳;施新;楊策;馬朝臣;祁明旭;;脈沖渦輪可調(diào)噴嘴尾跡及間隙泄漏流[J];內(nèi)燃機學(xué)報;2013年05期

4 曹麗華;胡鵬飛;李勇;周云龍;;汽輪機葉頂間隙泄漏流動的數(shù)值研究[J];化工機械;2011年06期

5 胡鵬飛;曹麗華;李勇;;汽輪機葉頂間隙變化對葉頂泄漏流動的影響[J];化工機械;2013年05期

6 ;[J];;年期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 胡建軍;自發(fā)射流抑制渦輪葉頂間隙泄漏研究[D];燕山大學(xué);2014年

本文編號：2515496