分流叶片周向位置对离心叶轮性能及内部流动的影响

利用商用计算流体力学软件包NUMECA FINE/TURBO对Krain叶轮内部三维粘性流场进行了数值模拟研究。重点分析了分流叶片不同周向位置对该叶轮内部流动和性能的影响,得出了不同周向位置时的叶轮效率、压比随质量流量变化关系,结合对叶轮内部流场的详细分析,给出了适合此半开式离心叶轮分流叶片周向位置的最佳设计方案。研究结果表明:分流叶片不同周向位置对叶轮流道流场影响明显,当偏向主叶片吸力面一侧时可以有效提高叶轮效率。     

分流叶片位置对离心压缩机级内部流动和性能影响的数值研究

运用数值求解叶轮机械内部三维粘性流场的方法,对工程上常用的某带分流叶片的离心压缩机叶轮及后接有叶扩压器的内部流动和性能进行数值研究。通过求解分流叶片处于不同周向位置和其前缘处于不同流向位置时级的流场,得到了对应的内部流场和压力、效率与流量的性能曲线。结合对级性能曲线和内部流场的详细分析,结果表明:分流叶片处于不同的周向位置和其前缘处于不同流向位置时对级的内部流场和性能曲线影响很大,分流叶片中间叶高处前缘位置位于50%左右和周向位置距长叶片吸力面一侧1/10栅距左右,级性能较佳。     

离心叶轮分流叶片位置与扩压器相互影响的模拟研究

叶轮分流叶片周向位置改变,将对叶轮与扩压器内部流场产生干扰。对带分流叶片离心压缩机叶轮及扩压器流场进行数值模拟,结果表明:当叶轮匹配叶片扩压器,分流叶片向主叶片吸力面偏置较居中时,叶轮进出口压比降低3.66%,平均出口气流角增加1.54°;分流叶片向主叶片压力面偏置相比于居中,叶轮进出口压比增加1.85%,平均出口气流角增加2.09°,分流叶片吸力面侧低能区减小,气流分离受到抑制,叶轮效率提高。因此分流叶片向主叶片压力面偏置有利于提高叶轮性能。但由于分流叶片偏置后叶轮平均出口气流角较居中时变大,对扩压器叶片形成正冲角,在叶片背弧处产生了分离涡,造成扩压器内流场混乱,使扩压器效率降低。因此,分流叶片偏置后与之相匹配的扩压器叶片的安装角也要相应改变,以抑制扩压器内的分离涡及二次流,提高整级效率。     

吸力面叶尖小翼构型对轴流风机气动性能的影响

叶顶间隙泄漏是造成轴流风机损失的重要原因之一,在吸力面安装叶尖小翼能抑制一定程度的叶顶间隙流动,提高轴流风机气动性能。本文数值模拟了在吸力面安装不同宽度以及长度叶尖小翼对轴流风机内部流动及性能的影响。结果表明,增大吸力面叶尖小翼宽度可减小叶顶间隙流,延缓叶顶泄漏涡的生成和脱落,使其向远离吸力面偏移,减小了分离损失。当宽度为3倍叶片厚度时,设计工况全压效率提高了0.73%。而不同长度吸力面叶尖小翼的结果对比表明,当叶尖小翼长度为0.6倍弦长时,即可达到1倍弦长叶尖小翼对叶顶间隙流动同样的改善效果。     

基于FLUENT的CO2压缩机工作特性的优化研究

针对CO2压缩机在实际使用中所存在的叶片表面流动分离大、流量损失严重,给压缩机的正常使用造成严重影响的问题,采用FLUENT仿真分析软件对压缩机工作过程流场特性进行分析,提出了优化改善方案。结果表明当压缩机叶片的长度系数大于0.6时能够有效抑制气流在风叶表面的分离现象,提升压缩机运行时的工作效率,具有极大的应用推广价值。     

板式无蜗壳离心风机内部流动分析及分流叶片影响

本文采用一种分流叶片结构提高无蜗壳后向离心风机出口静压及效率,来改善风机的性能,达到设计目的。研究表明,无蜗壳离心风机的损失在低流量工况下主要由叶片吸力面分离涡导致,在高流量工况下主要由二次流等因素引起。通过研究不同长度系数的分流叶片对风机内部流动的影响,发现分流叶片长度为叶片长度的一半,在整个流量范围内,均能达到减少分离涡和抑制二次流的效果,使得低流量和高流量下的静压效率均有大幅提高。     

带分流叶片的离心泵叶轮内部流场的PIV测量与数值模拟

用PIV技术和工程上广泛应用的k-ε标准两方程模型,对不同工况带分流叶片的离心式水泵叶轮内部流场进行了测量和计算模拟。通过试验测试和模拟计算,获得了不同工况下叶轮内的流速分布规律,揭示了叶轮内流动的非对称性、长叶片吸力面进口附近有回流、各种工况下分流叶片前缘入口稍后吸力侧均存在一个高流速区、分流叶片改善出口速度分布、随着流量增加叶轮内相对速度的大小增大明显等对带分流叶片离心泵性能有直接影响的多种流动现象。     

带分流叶片离心叶轮机械研究进展

针对分流叶片在3种离心工作机(压缩机、风机和泵)的应用及研究现状,从设计理论和内部流动两方面详细综述了离心叶轮机械中分流叶片的研究成果。通过总结带分流叶片离心叶轮机械内部流动方面的研究结论,对分流叶片的添置对内部流动特性和性能的影响机理有了深刻的认识,总结了分流叶片主要参数的取值原则,为分流叶片在离心叶轮机械中的应用提供了参考。最后在内部流动理论和特性以及设计方法方面给出了研究的展望。     

周向布局对串列转子气动性能的影响研究

串列叶栅是提高轴流压气机气动负荷的有效途径。在串列转子设计中,前后排转子的周向相对位置对其效率和失速裕度具有重要影响。研究发现当后排转子前缘靠近前排转子压力面时,串列转子效率和失速裕度均要优于其他周向布局形式。在设计工况,后排转子的势影响对前排转子吸力面流动有着重要影响,当后排转子前缘逐步靠近前排转子压力面时,可以改善前排转子吸力面尾缘区域的压力梯度,避免吸力面发生流动分离;在近失速工况,当后排转子前缘靠近前排转子压力面时,利用后排叶尖泄漏流与前排尾迹之间的流动掺混,可以有效减小后排通道中叶尖的气动堵塞,有效拓宽串列转子的失速裕度。     

分流叶片对微型离心式风泵性能影响的数值研究

为了研究分流叶片对微型离心式风泵性能的影响,对现有叶轮模型进行了流体力学数值研究。采用Realized k－ε湍流模型和SIMPLE算法,研究分流叶片的周向位置、长度、倾角以及长短叶片数等参数对离心式风泵性能的影响。在额定转速为5500 r／min且风量风压曲线的实验结果和计算结果吻合较好的情况下,对其进行了优化。仿真结果表明,对于现有叶轮模型,当分流叶片处于长叶片间周向位置4时、分流叶片进口直径Ds为叶轮外径Do的0．75倍、分流叶片内部斜边与离心式风泵轴线夹角为12．5°时,离心式风泵的性能较为优异。此外,计算结果还表明,在现有模型中,对分流叶片几何参数进行优化,长短叶片数目均为11时,该离心式风泵的性能有较明显的改善。     

叶片扩压器内跨盘—盖流场的实验研究

采用三孔探针沿叶片扩压器轴向测量了跨盘－盖流场，获得了叶片扩压器内速度场和压力场跨盘－盖的分布特性，并分析了中、小流量时扩压器内流动的变化趋势。实验结果表明：叶片扩压器内流动是一个既扩压又均匀化的过程，随着流动向扩压器出口的发展，沿叶片吸力面侧低速流体区不断扩大，在小流量工况时靠近扩压器盘盖侧出现倒流，此时最容易引起离心压缩机工作性能失稳。     

叶片扩压器内跨盘─盖流场的实验研究

采用三孔探针沿叶片扩压器轴向测量了跨盘─盖流场，获得了叶片扩压器内速度场和压力场跨盘─盖的分布特性，并分析了中、小流量时扩压器内流动的变化趋势。实验结果表明：叶片扩压器内流动是一个既扩压又均匀化的过程，随着流动向扩压器出口的发展，沿叶片吸力面侧低速流体区不断扩大，在小流量工况时靠近扩压器盘差侧出现倒流，此时最容易引起离心压缩机工作性能失稳。     

高温热泵离心叶轮变叶片数时流场特性分析

离心式压缩机作为高温热泵系统中的关键部件其运行效率、工况范围和安全性能都直接影响着整个机组的性能,而离心式压缩机叶轮叶片的数目是影响离心式压缩机效率的关键参数.目前离心式压缩机叶片数目的确定主要根据经验公式,同一叶轮取不同数目的叶片对叶轮内部流场的影响缺乏定量的分析.对高温热泵离心机取不同叶片数目时的单通道流场进行了数值模拟,分析变叶片数时叶轮内部吸力面分离区和分离点变化特性、二次流损失变化规律,优化叶轮叶片数目,为合理设计离心式压缩机叶轮叶片数提供理论依据.     

动叶片综合气膜冷却方式对涡轮气动性能的影响

文中计算模型选用某型燃气轮机涡轮的第一列动叶,通过中心差分格式对叶栅流场进行数值模拟。通过在前缘、尾缘、吸力面、压力面以及压力面上端壁附近开设冷气孔,在下端壁前缘附近开设冷气槽等方式对叶片进行综合冷却,分析了能量损失系数、冷却效率以及温度场的分布情况和其对透平的气动性能的影响。结果表明:喷射冷气后,能量损失系数与无冷气喷射时能量损失系数沿叶高分布趋势相同,端区损失略大,中部损失较低,喷射冷气后,顶部能量损失系数略高于根部。组合冷却条件下,叶片中部吸力面和压力面冷却效率都较高,压力面冷却效率基本不变;叶片根部压力面前缘冷却效率较低,吸力面则较高;在顶部情况与根部正好相反。吸力面喷射冷气时,在冷气孔列附近冷气可以很好地贴合叶片吸力面表面,对叶片吸力面进行冷却,压力面一侧在冷气孔列之后冷气很好地贴合在叶片表面,对叶片冷却效果比较理想。     

低比转速叶轮内部流动的数值计算

为了解复合叶轮内部流动特性,采用雷诺时均Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型对4长叶片的普通叶轮和4长4中8短16叶片的复合叶轮内部流动进行了数值模拟,得到了设计工况下两种叶轮内部流场分布,分析了中、短分流叶片对叶轮内部流场的影响。计算结果表明:采用长、中、短叶片设计的复合叶轮可以改善流道内流场分布,提高长叶片吸力面压力,有效地阻止液流的脱流,复合叶轮可以获得更高的静压差,有效地提高了离心泵的扬程。     

大型火电机组轴流风机运行特性及内流特征的数值模拟

应用流体计算软件Fluent对某600MW大型火电机组配套的SAF两级动叶可调轴流引风机的内流特征及运行特性进行模拟分析。研究表明:正常状态下风机内静压沿轴向先增大后减小,动压仅在扩压器区及集流器区出现较大变化,动叶轮的升力作用主要转化为流体静压,全压的增加则主要来自静压的增大;风机动叶出口截面总压呈现高压区与低压区交替出现的周向对称性分布,但第二级动叶出口总压分布的对称性要比第一级的差;叶片压力面与吸力面间的静压差沿叶高方向逐渐增大,表明叶片中上部的做功能力较强;相同流量下随着动叶安装角的减小,叶片压力面与吸力面速度变化梯度减小,做功能力减弱,风机的全压升逐渐减小。     

压气机叶型的风洞试验研究

基于高亚音速叶栅风洞,本文对具有不同吸力面型线的两种压气机叶型B1和B2进行了平面叶栅试验,详细测量了叶栅出口尾迹和叶片表面等熵马赫数,结合叶型吸力面型线的曲率分布对试验结果进行了分析,获得了两种叶型的气动特性。试验结果分析表明:基于吸力面型线曲率分布预估叶片表面等熵马赫数峰值位置是合理且可靠地;较B1叶栅,B2叶栅的低总压损失保持更宽的攻角范围;当进口马赫数较小时(Ma0.7),在0～2.5°攻角范围内,两种叶栅的低总压损失系数基本一致,此时攻角较小,气流还未从叶片表面分离,气流流动状况较好;在其它攻角范围内,B2叶栅表现出较好的负攻角特性,而B1叶栅表现出较好的正攻角特性;当进口马赫数较高时(Ma=0.7),B1叶栅损失急剧增大,特别是流动发生较大分离的负攻角工况。     

离心压缩机叶片扩压器内流场模态与失稳分析

离心式压缩机中叶片扩压器叶片和旋转叶轮间流动存在动静干涉,易出现流动不稳定现象。模态分解方法用于提取出动态流场中相关的模态流场信息。本文在离心式压缩机叶片扩压器动态流场应用动态模式分解方法,对速度场提取模态并进行分析,结果表明:叶片扩压器近盘盖侧涡结构运动规律不同,90%叶高平面涡沿着叶片压力面向下游运动并很快耗散,而在10%叶高平面涡会进入通道造成流动不稳定。随着流量减小,10%叶高面上叶片吸力面尾缘产生大尺度涡并脱落,进一步加剧盘侧截面恶劣的流通情况。     

高压涡轮动叶气膜冷却的数值模拟

为研究旋转造成的非稳定性对高压涡轮动叶气膜冷却的影响,建立了3维涡轮叶栅通道模型,应用周期性边界条件数值模拟了不同转速下涡轮动叶表面气膜冷却效率和换热系数的分布,冷气进口与涡轮前总压比为1.07,温度比为0.5。转速增加,叶片前缘滞止线从压力面移向吸力面,气膜出流从吸力面移向压力面;压力面气膜冷却效率上升,换热系数下降;吸力面冷却效率先上升后降低;换热系数下降。与静止相比,旋转不稳定性增大了叶片表面气膜覆盖面积。     

离心压气机机匣处理与导叶轮缘放气的扩稳机理分析及比较

采用数值模拟方法对导叶轮缘放气、进气回流及周向槽机匣处理扩大离心压气机稳定工作范围进行研究,并与实壁机匣离心压气机特性进行对比,分析三种处理方式扩大压气机稳定工作范围的机理。结果表明,导叶顶部吸力面分离流动和间隙泄漏流相互作用导致压气机失速。导叶轮缘放气将吸力面分离流动产生的低能流团吸除,减弱了顶部通道堵塞。进气回流给顶部进气添加负预旋,减小了顶部来流攻角,能抑制吸力面流动分离。周向槽机匣处理减弱了顶部间隙泄漏向叶轮进口的回流。三种处理方式都能减弱顶部通道堵塞、推迟压气机失速发生,而进气回流和导叶轮缘放气具有较大的扩稳能力。