大型軸流風(fēng)機(jī)來(lái)流條件對(duì)內(nèi)流的影響

信息來(lái)源：發(fā)布時(shí)間：2020-09-05閱讀：311

大型軸流風(fēng)機(jī)來(lái)流條件對(duì)內(nèi)流影響的數(shù)值分析劉飛吳克啟（華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，湖北武漢430074）要本文對(duì)帶有前后導(dǎo)葉以及復(fù)雜進(jìn)氣箱的大型軸流引風(fēng)機(jī)的內(nèi)流特性進(jìn)行了全三維的數(shù)值計(jì)算，并且將其性能與著前導(dǎo)葉和動(dòng)葉的間距增加，風(fēng)機(jī)壓升逐漸減小；而其效率呈現(xiàn)出先增加后減小的態(tài)勢(shì)，因?yàn)樵谛￠g距倩況下，動(dòng)葉與靜葉之間一定程度上的干涉影響了氣動(dòng)性能，當(dāng)間距增加到一定程度時(shí)，繼續(xù)增加，相應(yīng)地增加了沿程損失。

　　4.2進(jìn)口預(yù)旋的彩響本文對(duì)葉輪進(jìn)口正負(fù)預(yù)旋和無(wú)預(yù)旋情況下的數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，其中正負(fù)預(yù)旋方案的預(yù)旋角分別為20*和-20*在下面的研究分析中，定義rt為葉高，為輪轂半徑。

　　為三種不同方案葉輪進(jìn)出口處周向速度沿徑向的分布。葉輪進(jìn)口處，零預(yù)旋情況下，周向速度分布均勻，速度幾乎為零；而負(fù)預(yù)旋時(shí)，速度分布沿著翼展方向略微呈現(xiàn)出一定的上升趨勢(shì)，其值維持在-60tn/s左右；在正預(yù)旋時(shí)，速度沿著翼展方向呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)。葉輪出口處，零預(yù)旋時(shí)速度分布依然比較均勻，其值在50m/s附近；而負(fù)預(yù)旋中不同徑向位置的周向速度變動(dòng)較大；正預(yù)旋進(jìn)出口處的速度分布差不多。相比之下，正預(yù)旋方案時(shí)葉輪的做功能力最差；負(fù)預(yù)旋方案下的做功能力較零預(yù)旋更強(qiáng)。

　?。╝）葉輪進(jìn)口（b）葉輪出口葉輪進(jìn)出口處周向速度沿徑向的分布（a）葉輪進(jìn)口（b）葉輪出口葉輪進(jìn)出口處全壓升系數(shù)的分布給定全壓升系數(shù)的計(jì)算公式。* Cp c2）。為三種方案中葉輪進(jìn)出口處的全壓升系數(shù)分布。在葉輪進(jìn)口處，從圖中可以看出進(jìn)口預(yù)旋形式較大的影響了引風(fēng)機(jī)進(jìn)口段的損失。其中，負(fù)預(yù)旋時(shí)總壓系數(shù)沿徑向的變動(dòng)最為明顯，而且值最小。

　　葉輪出口處，總壓升沿著翼展均呈現(xiàn)緩慢的增加趨勢(shì)。三種方案均顯示出沿著翼展方向葉片的做功能力相當(dāng)。

　　通過(guò)比較表明，負(fù)預(yù)旋雖然加大了葉輪對(duì)氣體的做功量，同時(shí)也明顯增大了進(jìn)口段全壓損失且惡砍/銨軸向位置不同間距時(shí)的湍流強(qiáng)度分布縱觀整個(gè)流動(dòng)區(qū)域，兩種方案中的湍流強(qiáng)度沿流線方向均表現(xiàn)出了相同的演變規(guī)律。由于進(jìn)氣箱結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，氣流經(jīng)過(guò)后湍流強(qiáng)度有所加強(qiáng)。在前導(dǎo)葉區(qū)域，湍流強(qiáng)度逐漸增大，其梯度方向基本上沿著流動(dòng)方向。在動(dòng)葉中，湍流強(qiáng)度的變化劇烈，在出口下游的輪轂處出現(xiàn)最大值，（a）中最大值的位置要靠前。另外，后導(dǎo)葉和動(dòng)葉間的距離較大，這樣的布置是保證從葉輪出來(lái)的篼湍流強(qiáng)度的氣流有足夠的衰減距離，從而避免在后導(dǎo)葉進(jìn)口處出現(xiàn)較大的流場(chǎng)波動(dòng)和噪音。

　　5性能對(duì)比本文將帶前后導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)方案在不同工況點(diǎn)的數(shù)值計(jì)算的性能曲線與。

　　圖中顯示數(shù)值計(jì)算的壓力值較實(shí)驗(yàn)值篼，效率值要低，變化趨勢(shì)一致，這有可能為數(shù)值計(jì)算中動(dòng)葉的安裝角和實(shí)驗(yàn)中的偏差所致。另外，在前、后導(dǎo)葉的處理上，數(shù)值計(jì)算中對(duì)幾何模型作了一定的近似處理，這也是引起差別的原因之一。隨著接下來(lái)在軸流引風(fēng)機(jī)中數(shù)值計(jì)算自身的不斷完善，以及數(shù)值計(jì)算的計(jì)算模型與實(shí)物模型的更接近，兩種結(jié)果會(huì)更加符合。

　　本文對(duì)帶有前后導(dǎo)葉和復(fù)雜進(jìn)氣箱的軸流引風(fēng)機(jī)進(jìn)行了全三維的數(shù)值計(jì)算，其間采用了網(wǎng)格自適應(yīng)和并行計(jì)算的技術(shù)，力求更為合理地利用計(jì)算資源，提篼計(jì)算的速度和精度。本次計(jì)算較好地捕捉到了軸流引風(fēng)機(jī)中一些重要的流動(dòng)特征，得出了一些有價(jià)值的流動(dòng)結(jié)構(gòu)。這些現(xiàn)象充分說(shuō)明風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，而且部件之間的相互關(guān)聯(lián)非常緊密。

　　復(fù)雜進(jìn)氣箱中的流動(dòng)狀況不甚理想，其復(fù)雜的形狀和不合理的軸套結(jié)構(gòu)會(huì)增大流動(dòng)的不穩(wěn)定性和損失，并引起了下游流動(dòng)的周向不均勻性，這種不均勻性會(huì)影響下游葉輪流道中的流量不均，從而引起每個(gè)葉片所受的載荷發(fā)生周期性的變化，這種強(qiáng)烈的變化可能誘發(fā)葉片大的振動(dòng)，影響氣動(dòng)性能、降低部件壽命。開展對(duì)進(jìn)氣箱形狀和軸套結(jié)構(gòu)的改進(jìn)工作有必要。

　　通過(guò)對(duì)比不同的預(yù)旋方案，發(fā)現(xiàn)在零預(yù)旋情況下葉片翼展方向上各處的做功能力相當(dāng)，而且進(jìn)氣段損失??；正預(yù)旋下的做功能力最??；負(fù)預(yù)旋方案雖然加大了葉輪對(duì)氣體的加功量，同時(shí)也明顯增大了進(jìn)口段全壓損失且惡化了流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。

　　研究了前導(dǎo)葉位置對(duì)流動(dòng)、性能的影響，通過(guò)對(duì)比得到了相對(duì)合理的前導(dǎo)葉位置。