發(fā)布時(shí)間：2020-07-22 14:03

【摘要】：低壓軸流風(fēng)機(jī)中在運(yùn)行中存在多種能量損失,由葉頂間隙存在而造成的泄漏流和泄漏渦一直是學(xué)術(shù)界研究重點(diǎn)。本文針對(duì)軸流風(fēng)機(jī)葉頂間隙泄漏流動(dòng)現(xiàn)象,分析葉片的吸力面泄漏渦的生成機(jī)理和影響泄漏渦的主要因素,并提出了在葉片前緣擴(kuò)增尖角的方法來(lái)改善風(fēng)機(jī)的葉頂泄漏流動(dòng)。文中基于CFD數(shù)值仿真,分析研究軸流風(fēng)機(jī)葉片前緣尖角參數(shù)對(duì)于軸流風(fēng)機(jī)葉頂泄漏流的影響規(guī)律,并通過(guò)優(yōu)化分析改善軸流風(fēng)機(jī)間隙處的流動(dòng),進(jìn)而提升軸流風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)研究了葉片前緣尖角周向?qū)挾葘?duì)軸流風(fēng)機(jī)流動(dòng)過(guò)程及葉頂泄漏渦的影響規(guī)律。葉片前緣尖角在圓周方向的寬度增加時(shí),增加了葉頂部位的面積,提升了葉片的做功能力,寬度的增加也增加了葉頂間隙的長(zhǎng)度,使得間隙處的阻力增加,從而降低了葉頂區(qū)壓力面和吸力面的壓差,迫使葉片吸力面的流體向葉頂區(qū)流動(dòng),同時(shí)帶動(dòng)泄漏渦向葉頂間隙處流動(dòng),從而導(dǎo)致泄漏流的阻力增加,減少了通過(guò)間隙的流體量,降低了由于大量流體回流造成的能量損失及氣動(dòng)噪音。其次圓周方向的寬度的增加也使得風(fēng)機(jī)風(fēng)道的有效面積減少,減小了流道的過(guò)流能力,所以合理的寬度將帶來(lái)的葉輪氣動(dòng)性能的增益。(2)考察了葉片前緣尖角圓周寬度保持不變基礎(chǔ)上增加徑向長(zhǎng)度對(duì)風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能的影響。發(fā)現(xiàn)增加了葉片前緣與流體接觸的長(zhǎng)度,使得部分流體提前與前緣接觸,加速了流體通過(guò)葉輪的時(shí)間,提高了風(fēng)機(jī)在工作壓力下的風(fēng)量和效率,從而使得葉輪的做功能力顯著提升,但對(duì)葉片葉頂間隙處的泄漏流的改善效果并不明顯。(3)基于前彎掠葉片的優(yōu)點(diǎn),本文增加了葉片前緣尖角軸向方向上的傾角,在增加傾角時(shí)葉片前緣與來(lái)流方向之間的夾角隨之減小,使得來(lái)流能夠貼葉片流動(dòng),減少了來(lái)流與葉片沖擊造成的進(jìn)口能量損失,但同時(shí)也使得尖角與葉片前緣連接處形成了一定程度的凹面,這就造成了流體的脫流,使得產(chǎn)生在葉片葉頂部的泄漏渦向葉片的進(jìn)口處移動(dòng)增加了流體流動(dòng)阻力,使得葉輪的做功能力有所下降。所以在此次軸向傾角增加的過(guò)程中得到了最佳的傾角為5°。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TK83
【圖文】：

風(fēng)機(jī)葉片的優(yōu)劣直接決定了風(fēng)機(jī)做功能力的大小，考慮到原模型的流型以及減逡逑少葉片等因素對(duì)研究結(jié)果的影響和基于翼型葉片良好的氣動(dòng)性能，并結(jié)合劉穎、金逡逑元日［２５］、蔡娜［２６］等人的研究，對(duì)樣機(jī)做出了如圖２－１中（ｃ）所示實(shí)測(cè)葉片流型，（ａ）逡逑中為原有葉輪基礎(chǔ)之上加了前緣尖角的葉輪，由于決定葉片前緣尖角的參數(shù)為沿葉逡逑輪圓周方向的寬度、沿葉輪徑向上的長(zhǎng)度以及尖角與葉片前緣水平之間的夾角，所逡逑以后續(xù)章節(jié)將去探討葉片前緣尖角在隨著參數(shù)的改變是如何影響軸流風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性逡逑能；（ｂ）中為后導(dǎo)葉的模型圖。逡逑為了給定合適的物理邊界條件和使得計(jì)算更易收斂，在葉輪前端加半球體的進(jìn)逡逑口可改善進(jìn)口流動(dòng)，提高風(fēng)機(jī)全壓和全壓效率；后端附加一段延伸的出口段使得出逡逑口的不均勻的周向和軸向速度變得均勻，可提高風(fēng)機(jī)的靜壓和靜壓效率［２７］，如圖２－２逡逑所示。逡逑球面進(jìn)Ｄ逡逑卜．擎邐■逡逑Ｉ邋ｔ邐ｊ逡逑|`備ｎ邐ｍ邐Ｊ逡逑圖２－２模擬計(jì)算整機(jī)建模圖逡逑２．邋３網(wǎng)格劃分逡逑本次優(yōu)化過(guò)程中整個(gè)計(jì)算區(qū)域分為四個(gè)部分，分別為進(jìn)口、葉輪、后導(dǎo)葉和出逡逑１０逡逑

（ａ）前緣尖角葉輪邐（ｂ）后導(dǎo)葉邐（ｃ）葉片流型逡逑圖２－１幾何模型逡逑機(jī)葉片的優(yōu)劣直接決定了風(fēng)機(jī)做功能力的大小，考慮到原模型的流型以及等因素對(duì)研究結(jié)果的影響和基于翼型葉片良好的氣動(dòng)性能，并結(jié)合劉穎、、蔡娜［２６］等人的研究，對(duì)樣機(jī)做出了如圖２－１中（ｃ）所示實(shí)測(cè)葉片流型，（ａ葉輪基礎(chǔ)之上加了前緣尖角的葉輪，由于決定葉片前緣尖角的參數(shù)為沿向的寬度、沿葉輪徑向上的長(zhǎng)度以及尖角與葉片前緣水平之間的夾角，節(jié)將去探討葉片前緣尖角在隨著參數(shù)的改變是如何影響軸流風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)中為后導(dǎo)葉的模型圖。逡逑給定合適的物理邊界條件和使得計(jì)算更易收斂，在葉輪前端加半球體的進(jìn)口流動(dòng)，提高風(fēng)機(jī)全壓和全壓效率；后端附加一段延伸的出口段使得勻的周向和軸向速度變得均勻，可提高風(fēng)機(jī)的靜壓和靜壓效率［２７］，如圖２－

逡逑口段，如圖２－２所示，本文使用的網(wǎng)格劃分軟件是ＡＮＳＹＳ里面的ＩＣＥＭ進(jìn)行網(wǎng)格劃分，逡逑計(jì)算域網(wǎng)格劃分均采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，由于模擬是差分計(jì)算，網(wǎng)格越粗，差分距離越逡逑大，而且葉輪和出口導(dǎo)葉的計(jì)算精度對(duì)風(fēng)機(jī)性能計(jì)算影響較大，因此對(duì)于葉輪和出逡逑口導(dǎo)葉的葉片及葉片連接處采取局部加密進(jìn)行網(wǎng)格劃分。對(duì)于每次修改的葉片類(lèi)型逡逑的模型，其網(wǎng)格數(shù)與第一個(gè)模型的網(wǎng)格數(shù)相當(dāng)，其網(wǎng)格質(zhì)量都滿足大于０．４，滿足計(jì)逡逑算要求，最后得到整體模型的網(wǎng)格，選擇求解器為Ａｎｓｙｓ邋ｆｌｕｅｎｔ，導(dǎo)出模型的ｍｅｓｈ逡逑文件。逡逑由于數(shù)值計(jì)算模擬的結(jié)果會(huì)受到網(wǎng)格數(shù)的多少及關(guān)鍵部位網(wǎng)格疏密程度的影逡逑響，所以為了找到一個(gè)合適的網(wǎng)格數(shù)去消除這種情況帶來(lái)的影響，在此進(jìn)行了網(wǎng)格逡逑數(shù)的無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，由網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證可知，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)達(dá)到５．０Ｘ１０６之后計(jì)算結(jié)果趨于逡逑穩(wěn)定。所以本文每次整機(jī)計(jì)算模型的網(wǎng)格總數(shù)為６３０萬(wàn)左右，網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證如圖逡逑２－３所示。逡逑６０邐逡逑５０邋－邐＿逡逑４０邋－邐／逡逑＾邐ｒ逡逑Ｅ邋．邐／邐Ｆ＂－網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證Ｉ逡逑Ｊ邋３０－邐／逡逑０邋．邋／逡逑２０邋－邋Ｉ逡逑．１逡逑１０邋—｜邐｜邐｜邐１邐｜邐ｆ邋Ｉ邐１邋Ｉ邐１邋Ｉ邐１邋Ｉ逡逑１００００００邐２００００００邐３００００００邐４００００００邐５００００００邐６００００００邐７００００００逡逑網(wǎng)栛Ｎ逡逑圖２－３網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證逡逑在此次模擬計(jì)算的過(guò)程中

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉廣強(qiáng);呂子強(qiáng);郭宇;劉東妮;;中低壓軸流風(fēng)機(jī)流型優(yōu)化的數(shù)值模擬與試驗(yàn)分析[J];流體機(jī)械;2014年10期

2 魏書(shū)華;;礦用軸流風(fēng)機(jī)彎掠葉片的設(shè)計(jì)與仿真分析[J];煤礦機(jī)械;2014年04期

3 李嵩;朱之墀;;風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能數(shù)值模擬的地位和技巧(二)[J];風(fēng)機(jī)技術(shù);2013年06期

4 劉洋;楊志剛;;葉頂間隙對(duì)軸流風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)影響的研究[J];風(fēng)機(jī)技術(shù);2013年02期

5 陳雷;陳江;趙石磊;張慧;;葉片前緣形狀對(duì)渦輪氣動(dòng)性能的影響[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2013年04期

6 金光遠(yuǎn);吳亞?wèn)|;歐陽(yáng)華;杜朝輝;;小流量下周向彎曲葉片葉頂泄漏流特性的實(shí)驗(yàn)研究[J];空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào);2013年02期

7 李業(yè);王軍;付觀井;林志良;;彎掠軸流風(fēng)機(jī)葉輪不同安裝結(jié)構(gòu)的性能試驗(yàn)分析[J];風(fēng)機(jī)技術(shù);2013年01期

8 李春曦;尹攀;葉學(xué)民;;單動(dòng)葉安裝角深度異常對(duì)軸流風(fēng)機(jī)性能及噪聲影響的數(shù)值模擬[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2012年35期

9 于文文;王軍;朱偉鋒;李業(yè);;冷卻用彎掠軸流風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)與試驗(yàn)分析[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2012年05期

10 廖庚華;胡欽超;楊瑩;韓志武;任露泉;劉慶平;;基于典型鳥(niǎo)類(lèi)翅膀特征的小型軸流風(fēng)機(jī)葉片仿生設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J];吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2012年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 歐陽(yáng)華;新型可逆式彎掠組合葉片的研究[D];上海交通大學(xué);2003年

本文編號(hào)：2765910