叶顶开槽——小翼结构对提升轴流风机性能影响的数值研究

为了有效抑制叶顶泄漏流的发展,降低叶顶泄漏损失,针对两级动叶可调轴流风机提出在吸力面构造叶顶小翼并开设斜槽的新型叶顶改型方案。采用Fluent数值模拟了5种叶顶改型方案对风机性能和流场特征的影响,分析了不同方案下流场、叶顶静压、叶顶泄漏量和动叶区做功能力的变化。结果表明：吸力面小翼可有效降低叶顶损失,小翼上开设顺流向斜槽可进一步提高风机性能,逆流向斜槽会使性能略有降低;顺流向单斜槽为最佳改型方案,在设计流量下全压和效率分别提升166 Pa和0.942%;叶顶间隙处产生额外的涡流,叶顶泄漏流得到抑制,动叶区做功能力得以提升。     

齿形襟翼及跨度对风机气动性能影响的数值研究

基于大涡模拟对采用不同跨度齿形襟翼(TGF)的动叶可调轴流风机进行了数值研究,探讨了襟翼及其跨度对风机性能、气动噪声和静压分布的影响,分析了噪声与涡结构分布的内在联系.结果 表明:齿形襟翼可显著提高风机全压,且全压增幅与襟翼跨度成正比,襟翼跨度为0.9时的全压提高1409 Pa;采用齿形襟翼后的风机降噪量随襟翼跨度的减小而增大,襟翼跨度为0.7时的降噪量达18.33 dB;齿形襟翼削弱了叶片尾迹强度,改善了叶根泡状涡尺寸,在襟翼顶部形成一较长管状涡,减弱了尾涡与叶顶泄漏流的相互作用;襟翼跨度越小,改善成效、降噪效果越显著;襟翼跨度为0.9时的齿形襟翼在改善全压、拓宽高效区和降噪等方面的综合性能最优,且在变安装角工况下可有效提升风机全压、改善大流量侧效率.     

Gurney襟翼对动叶可调轴流风机性能的影响

以OB-84型动叶可调轴流风机为对象,采用数值模拟方法研究动叶尾缘处安装Gurney襟翼(GF)后对风机性能及内流特征的影响,并对其气动噪声进行评估。结果表明:增设GF可提高风机全压,且其高度越大,风机全压增幅越明显,同时促使最高风机效率点向大流量系数侧移动;高度为0.5%弦长的GF在动叶偏转±3°工况下均可提高大流量系数侧的风机效率;增设GF后,在叶顶处产生的次泄漏涡加剧了叶顶泄漏;尾缘下游区域产生的脱落涡增大了叶片吸力面与压力面间的压差;增设GF后风机气动噪声增大,选用高度为0.5%弦长的GF后,在设计工况点下风机全压和风机效率分别提高12.01%和3.13%。     

齿形襟翼结构尾缘轴流风机性能仿真研究

以某两级动叶可调轴流风机为例,采用大涡模拟(LES)对不同齿长的齿形襟翼结构下的风机性能、涡结构和气动噪声进行了计算,分析了其内流特征、噪声源分布和降噪机理。结果表明：齿形襟翼可有效提升风机性能,且全压增幅与齿长成反比;齿形襟翼风机全压效率最高点向大体积流量侧移动,运行高效区变宽;随着齿长的增加,齿形襟翼的静压均值呈现先减小后增大的趋势,其中方案4的静压均值较原风机下降402 Pa,高频降噪最为显著;齿形襟翼可降低湍流脉动强度,尾迹涡的大小和分布区域减小,同时前缘分离涡数量也减少;齿形襟翼尾缘处产生了2对反向对称涡,其相互作用强烈,能量耗散加快,是齿形襟翼结构尾缘能降噪的主要原因。     

锯齿尾缘叶片对轴流风机气动噪声及性能的影响

以OB-84型动叶可调轴流风机为研究对象,采用大涡模拟和FW-H声学模型对锯齿尾缘动叶风机进行了数值模拟,探讨了不同锯齿长度的尾缘对风机气动噪声、压强脉动及性能的影响,并分析了其流场特征和降噪机理。结果表明:锯齿尾缘可明显降低风机的中低频段噪声和流道中气流的压强脉动强度,锯齿长度越大,其影响越明显;锯齿尾缘增强了尾流区的流动掺混,改变了动叶尾缘脱落涡结构,形成了2层整齐的"梳状"流向对涡,由此降低了风机的气动噪声;模型A、模型B和模型C均可以在设计流量或小流量下提高风机效率,以模型A提升最明显,但在大流量下性能均低于原风机。     

端壁相对运动对压气机叶栅间隙流场影响的数值模拟

压气机端壁与叶片间的相对运动是影响叶顶间隙气流流动的重要因素.采用数值模拟的方法考察了端壁运动对不同叶顶间隙压气机叶栅内三维流场的影响.结果表明:端壁相对运动改变了叶栅间隙流场结构,叶栅通道内出现向相邻叶片压力面运动的刮削泄漏涡,上通道涡及叶顶分离涡受到抑制,叶尖负荷增大,间隙泄漏流量增加,叶栅总损失由于叶顶区掺混损失减少而减少.     

周向弯曲方向对弯掠叶片小流量工况下气动-声学性能的影响

对周向弯曲低压轴流风扇的气动-声学性能进行了数值模拟和试验验证,讨论了不同流量和不同周向弯曲方向对叶栅做功能力、稳定工作范围和叶顶泄漏声源特性的影响规律.结果表明:随着流量减小,周向弯曲使叶栅叶顶区域栅的气流轴向做功能力增强,周向做功能力减弱,叶片负荷减小,周向后弯的效果最明显;周向前弯曲改善了端壁附近的流动状况,是拓宽叶轮的稳定工作范围的重要因素;周向弯曲可增加叶顶泄漏涡的稳定性,减弱叶顶泄漏涡区的Powell声源强度,周向前弯效果最好.叶顶泄漏声源特性随流量变化的规律与宏观声学表现一致.     

周向弯曲方向对NACA65翼型轴流叶轮叶顶间隙流动影响

本研究采用三维气动设计方法设计了具有NACA65-810翼型的直叶轮、周向前弯和周向后弯叶轮,并采用计算流体力学软件模拟其气动性能,分析了压力峰值工况和设计工况下3个叶轮叶顶泄漏流和泄漏涡的空间发展和叶顶间隙部分静压损失以及熵分布。结果表明:直叶轮引入周向前弯后,叶顶泄漏流的卷吸能力降低,泄漏涡起源位置向远离叶片前缘的方向迁移,泄漏涡涡心径向高度得到了保持,降低了叶顶泄漏涡与主流的干涉作用;引入周向后弯后,泄漏流的卷吸能力增强,泄漏涡的起源位置向靠近叶片前缘的方向迁移,远离叶片前缘的涡心径向高度显著降低,涡核下游弥散范围扩大,增强了叶顶泄漏流与主流的干涉作用,不利于降低叶顶泄漏损失。     

周向弯叶片对动叶可调轴流风机气动性能影响的数值模拟

为了有效改善轴流风机气动和声学性能,以带后置导叶的OB-84型单级动叶可调轴流风机为对象,利用Fluent软件和Ansys有限元分析模块,对比叶片弯曲前后风机的气动性能和内流特征,分析其静力结构特性并进行了噪声预估。结果表明:叶片弯曲后风机全压提高,大体积流量侧气动性能改善效果明显,设计工况点前弯3.0°性能提升最佳,全压和效率分别提升了3%和0.16%;前弯叶片增大了叶根区轴向速度,延缓了叶根区分离流动的出现,提升了叶片中下部做功能力,减小了叶顶区吸力面与压力面间的压差,有效抑制了叶顶泄漏流的产生;弯曲叶片对降低声功率级影响较小,但可缩小高噪声区分布,从而降低风机噪声。     

轴向间距对两级轴流风机失速先兆的影响机制

基于节流阀函数以及SSTk-ω湍流模型,对某电站两级动叶可调式轴流风机的非定常失稳过程进行数值模拟,分析了3种轴向间距对风机失速先兆起始位置、表现形式以及失速三维非定常演化过程的影响机制.结果表明:风机稳定运行范围随着轴向间距的缩短得到拓宽;不同轴向间距下,第二级动叶内首先出现失速先兆,且失速先兆表现形式相同,均为突尖型;轴向间距增大时,失速先兆从第二级动叶传播至第一级动叶所用时间增加;轴向间距对叶顶间隙分离涡的产生具有重要影响,轴向间距较小时,分离涡主要由相邻流道的泄漏流绕过尾缘附近反向流入流道并与主流相互作用形成,轴向间距较大时分离涡的形成主要与叶顶间隙的泄漏流有关.