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。     

叶片前缘载荷分布对大流量系数离心压缩机叶轮性能的影响

本文主要针对大流量系数模型级的叶轮叶片载荷分布进行研究,通过改变叶片前缘载荷(叶片0~20%无量纲中弧线长)分布来设计不同形式叶轮,并进行了数值模拟分析,通过对流场的分析和性能曲线的对比,研究叶片前缘载荷对叶轮性能的影响,研究发现不同的载荷分布形式使得压缩机的性能曲线也有不同程度的左右偏移,叶轮内部流场也有较大差别,分析结果可为大流量系数模型级叶轮结构的优化设计与性能提高提供理论依据,同时为大流量系数压缩机的开发提供参考。     

分流叶片对离心压缩机叶轮内流及性能影响的数值研究

对包含分流叶片的离心压缩机叶轮内部流场进行了全三维数值仿真,分析了分流叶片对叶轮流场与性能的影响,并与不带分流叶片的叶轮内部流场进行了比较.     

串列叶片对离心风机叶轮性能及内部流场的影响

对串列叶片式离心风机叶轮的内部流场采用NUMECA软件进行了数值模拟研究,分析了串列叶轮不同相对周向位置因子对离心叶轮性能的影响,并对串列叶轮与原始叶轮进行了详细的流场对比分析。结果表明:相对周向位置因子对离心叶轮性能影响较大,当相对周向位置因子取0.05⁰.20时串列叶轮在性能上均有所提高且取0.10时性能达到最好;串列叶片能有效地削弱叶轮出口射流-尾迹结构对流场的影响,改善叶轮出口的速度均匀性,对控制风机的气动噪声有十分有利的影响。     

分流叶片周向偏移对高速离心压气机内部流场和性能的影响分析

为研究分流叶片的周向位置对氢燃料涡轮增程器的高速离心压气机叶轮性能的影响,利用CFD对5种不同周向位置的分流叶片的离心压气机进行数值模拟分析。结果显示,分流叶片的周向位置对离心压气机性能影响明显,分流叶片两侧通道内流场情况差异较大;分流叶片适当靠近主叶片吸力面侧时,效率提升明显。     

离心压缩机级的数值试验及分析

在自行开发的离心压缩机建模参数化软件平台上，对含分流叶片的离心压缩机级进行了数值试验，给出了级的总性能曲线和叶轮出口流场分布等结果。结果表明：离心叶轮分流叶片的位置、叶片出口的形状、扩压器宽度，以及蜗壳型式等方面的不同选择都会对压缩机的性能造成明显的影响。     

分流叶片对超临界二氧化碳离心压缩机内部流动特性的影响

对带有分流叶片的超临界二氧化碳离心压缩机进行数值模拟,对比分析了分流叶片的长度系数L軈及周向分布系数准对压缩机内部流动特性的影响。研究表明:当长度系数L軈≥0.5时,分流叶片能够有效地抑制主叶片表面的流动分离,但当长度系数增大到0.7时分流叶片使得压缩机进口叶栅稠度增大,同时其前缘的两相流占据整个分流叶片吸力面流道,堵塞流量较原型机下降2.35%;分流叶片向主叶片吸力面偏移能够减弱低速流体团对流道的阻塞作用,改善分流叶片与主叶片吸力面之间的流动特性,拓宽压缩机稳定工作范围,周向系数准=0.6时叶轮运行特性优于原型机。     

时序效应对离心压缩机叶片非定常气动负荷影响

针对国内某大型企业不同机组离心压缩机叶轮叶片进行非定常流动数值分析,通过求解三维瞬态N-S方程组,得到流场分布和叶片表面的静压载荷信息。利用数值实验方法获得离心压缩机不同时序位置叶轮叶片表面动载荷的变化,并通过傅里叶变换得到叶轮叶片表面动载荷的分布特性,进而分析不同时序位置叶轮叶片表面气动负荷的差异。数值计算表明,时序效应对离心压缩机流道内流动以及叶轮叶片的非定常气动负荷存在不可忽略的影响,且合适的时序位置具有改进压缩机级性能的潜能。动载荷是压缩机叶轮叶片结构发生疲劳破坏的诱因,且不同机组离心压缩机中的时序效应对气动载荷的影响具有一致性。     

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。     

Investigating on performance parameters and flow field of centrifugal compressor based on the splitter blade leading edge’s location effect

Impeller design in turbomachines is one of the most challenging issues in these machines’ systems, which still plays a significant role in their efficiency and performance. This article considers different designs for splitter blades. Therefore, the CFD methods modify the position of the splitter blades leading edge at the hub and shroud. This modification shall lead to a different splitter blade profile from the main blades. Then, the effects of splitter blades are discussed, and the performance parameters have also been studied to improve this method’s implementation. The results revealed that the compressor’s efficiency was improved by approximately 1.5 % in one specific case. This finding proves that the previous design methods were not the optimum ones for compressors and how to increase the compressor’s efficiency by CFD methods and by changing the splitter blades’ location.

     

具有分流叶片的径流式压气机叶轮三元流场计算

本文提出了计算具有分流叶片的径流式压气机叶轮三元流场计算方法。通过分流叶片前缘的S 2流面及分流叶片两侧分支流道中的流量在计算中经迭代自动确定。计算实例表明,应用本文计算方法可以得到流线位置和相对M数分布收使敛程度均相当好的数值解。并发现当分流叶片偏离中间位置时,流场比较好。     

Effect of guide wall on jet impingement cooling in blade leading edge channel

The characteristics of fluid flow and heat transfer, which are affected by the guide wall in a jet impinged leading edge channel, have been investigated numerically using three-dimensional Reynolds-averaged Navier–Stokes analysis via the shear stress transport turbulence model and gamma theta transitional turbulence model. A constant wall heat flux condition has been applied to the leading edge surface. The jet-to-surface distance is constant, which is three times that of the jet diameter. The arrangement of the guide wall near the jet hole is set as a variable. Results presented in this study include the Nusselt number contour, velocity vector, streamline with velocity, and local Nusselt number distribution along the central line on the leading edge surface. The average Nusselt number and average pressure loss between jet nozzle and channel exit are calculated to assess the thermal performance. The application of the guide wall is aimed at improving heat transfer uniformity on the leading edge surface. Results indicated that the streamwise guide wall ensures the vertical jet impingement flow intensity and prevents the flow after impingement to reflux into jet flow. Thus, a combined rectangular guide wall benefits the average heat transfer, thermal performance and heat transfer distribution uniformity.     

后向式离心通风机长短叶片的数值研究

为了研究短叶片对后向式离心通风机性能的影响,对某风机厂的JMF No4.3A型离心风机加短叶片的叶轮模型进行了数值研究.数值方法采用RNG k-ε湍流模型和SIMPLEC算法.主要研究了长短叶片数、短叶片长度、短叶片周向位置以及短叶片的安装角度对后向式离心通风机性能的影响.为方便比较,计算结果做成了无因次曲线的形式.结果表明:对后向式离心通风机而言,短叶片长度影响风机的做功能力和效率:短叶片的周向位置则对压力和效率均有较大影响.特别是对效率的影响最大;而短叶片的安装角度则对风机的性能影响较小.     

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。     

A mass addition approach to the bypass turbomachine through flow inverse design problem

In the design of a low bypass ratio fan stage, this paper links the through flow inverse design problems of the fan rotor, the core channel fan stator and the bypass channel fan stator together, as an organic whole, with the fan splitter aerodynamic design problem. It forms thus a unified through flow inverse problem for two-channel turbomachines. While an overall quasi-radial-equilibrium of the streamlines is iteratively achieved among five parts — the fan rotor, the core channel fan stator, the bypass channel fan stator, the fan splitter and the position of the fan splitter, the blading processes for one fan blade, two fan vanes and one fan splitter ring are performed. This method designs in one pass a fan stage and a splitter with a precise bypass ratio. Its primary and key approach scheme is the introduction of a mass addition flow half way through the through flow streamline development. This scheme can serve as a new feature which can be inserted into those existing through flow programs. When subtracting a mass flow after adding a mass flow, alternatively, this scheme can also be used to treat the inverse design problem of a fan/compressor rotor blade with part-span shrouds. This paper was presented at the 9^th Asian International Conference on Fluid Machinery (AICFM9), Jeju, Korea, October 16–19, 2007.     

分流叶片对离心压缩机性能影响的数值分析

以一种高压比离心式空气压缩机为研究对象,主要针对不同的分流叶片长度,采用商用软件ANSYS-CFX 对其叶轮内部三维流场进行数值模拟计算。计算结果表明,应用分流叶片可以不同程度提升该压缩机的整体性能,最大可提高效率2%以上。通过对比各计算结果的熵分布云图,分析了分流叶片长度对压缩机性能造成影响的原因。     

轴流压缩机周向槽处理机匣的试验分析

用亚音单级轴流压缩机试验台的孤立转子,进行了自行设计的周向槽机匣的试验,根据试验数据,对比分析了周向槽处理机匣和实壁机匣的总性能曲线,并详细地剖析了近失速时两种机匣的基元性能曲线,对结构简单的处理机匣的扩稳机理进行了分析。