周向弯曲方向对NACA65翼型轴流叶轮叶顶间隙流动影响

发布时间：2019-07-17 14:31

【摘要】：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。
文内图片：

图片说明：轮叶顶泄漏流动特点，为后续研究提供借鉴。2数值模型及计算方法采用NACA65－810翼型设计具有直叶片、周向前弯和周向后弯特征叶片的轴流叶轮，叶片采用孤立翼型设计方法和变环量流型分配径向载荷。叶轮设计参数为:设计流量3m3/s，设计全压140Pa，转速1450r/min，轮毂比0．35，叶顶间隙3mm，叶片数为5，截面积叠方式为重心积叠，周向弯曲叶片的积叠线由直线段引入周向弯曲形成，周向弯曲角度取研究较多的8．3度，积叠线由交点位于0．4相对叶高的直线段和圆弧组成，两者分别位于叶根和叶顶，积叠线和3叶轮模型如图1所示。为叙述方便，以下分别简称直叶轮、前弯叶轮和后弯叶轮。图1积叠线及叶轮模型Fig．1Stackinglinesandmodelforimpellers分别采用Numeca/IGG和Numeca/FineTM对叶轮单通道流场进行网格划分和计算求解，数值模型采用S－A湍流模型，并采用四阶龙格－库塔法对计算进行时间推进，壁面第一层网格的y+值控制在1附近，对壁角处网格采用加密的处理方式提高计算精度，网格总量约75万，网格分布为:流向×转向×展向=139×65×73，叶片周围O型网格分布为:193×73，叶顶间隙网格分布为:193×17×17。网格无关性分析分别取55万和100万，，计算结果对比发现75万网格计算结果与100万网格计算结果相近且75万网格计算耗时更少。设计工况边界条件给定进口总压101506．8Pa、总温293K和出口流量3．63kg/s，压力峰值工况进口边界条件与设计工况相同，出口给定流量3．267kg/s，叶轮进出口给定周期性边界条件，壁面给定绝热无滑移条件，收敛残差给定1e－6。3计算结果及分析3．1泄漏流空间发展图2为压力峰值工况(流量系数鐖=0．44，全压系数ψ=0．13)和设计工况(流量系数鐖=0．49，全压系数ψ=0．11)下3个叶轮叶?
文内图片：

图片说明：第11期颜培弟，等:周向弯曲方向对NACA65翼型轴流叶轮叶顶间隙流动影响同步变化;直叶轮引入周向前弯后两种工况下涡心位置具有与直叶轮相同的变化规律，不同的前弯叶轮涡心径向位置先上升后降低，在0．7弦长以后涡心径向位置逐渐趋于一致;直叶轮引入周向后弯后涡心径向位置在两种工况下具有同步变化，涡心径向位置下降速率也明显高于直叶轮。直叶轮引入周向后弯后，同一工况下截面径向位置显著降低，引入周向前弯后在0．55弦长以内涡心位置具有明显降低，0．55弦长以后范围内直叶轮的涡心位置则低于前弯叶轮。而从两种工况下同一截面(图3(c))内涡核的弥散可以看出，由设计工况进入压力峰值工况后涡核的弥散范围扩大，由等值线值可看出，涡的卷吸作用明显增加;直叶轮引入周向前弯后涡核弥散程度有小幅降低，涡的起源由距叶顶前缘0．14弦长(第7截面)增加到0．29弦长(第6截面)，而引入后弯后涡核弥散范围则明显扩大，涡核起源则没有明显变化，泄漏涡的卷吸作用则明显增强。由此可以看出，直叶轮引入周向前弯后，叶顶泄漏涡的涡心径向位置得到了保持，降低了叶顶泄漏涡与主流的干涉作用，涡核弥散程度有显著降低，涡核起源向下游移动;引入周向后弯后涡心径向高度降低，叶顶泄漏涡与通道内的主流干涉作用增强，涡卷吸作用明显增强，不利于降低叶顶泄漏流的影响。注:ps－压力面;ss－吸力面;le－前缘;te－尾缘图2叶顶泄漏流变化Fig2Changesofthebladetipleakageflow·21·
【作者单位】：江南大学机械工程学院;
【基金】：江苏省自然科学基金青年基金项目(BK20130150)
【分类号】：TK14

【相似文献】