半开式离心叶轮叶顶间隙流动特征的数值分析

发布时间：2019-11-09 04:06

【摘要】：离心压缩机由于其效率高、压比高以及安全工作范围大等一系列优点广泛应用于涡轮增压器和涡轮发动机中。叶轮作为其主要工作部件之一，其性能的优劣直接决定了离心叶轮效率的高低。近年来，半开式离心叶轮由于其压比高、圆周速度大等优点广泛应用于石化和冶金领域中，但是叶轮流动损失主要是由于叶顶间隙流引起的，间隙泄漏涡流和二次流与边界层流相互作用对叶轮气动性能以及叶轮出口流场有重要的影响。为明确半开式离心叶轮的间隙值与间隙气流对叶轮气动性能的影响规律，，本文采用数值计算方法分析了叶顶相对间隙值0-10%下的叶轮气动性能、叶片载荷分布、间隙泄漏量、熵、熵增等流动参数的变化规律。对典型离心叶轮的数值计算和分析发现，间隙的存在导致叶轮性能降低，但是这种降低可以是线性的或者分段线性的关系；间隙泄漏量与载荷具有相同的分布规律，证明叶顶载荷是叶轮内泄漏程度的主要控制因素；在设计工况下，间隙的存在只影响流道后半段的叶顶表面静压分布，在非设计工况下，间隙还会影响叶片前缘位置附近的区域，同时在流道中部压力面侧存在明显的压力快速降低和回升现象，这是由间隙进口强烈气流加速运动造成的；间隙流在不同工况运行状态下形成间隙涡流，其本身的能量损失较小，但间隙流横穿间隙后与主流相互掺混造成的损失是引起叶轮效率降低的主要因素。本文的研究结果为离心叶轮的设计、改进提供了有价值的数值研究依据。
【图文】：

示意图,半开式离心叶轮,子午流道,示意图

得图。的影响一直都被国内外研究人员所关注，国了有无叶顶间隙对流场的影响，通过与子午进行比较，提出间隙的存在会使得叶轮效率混乱；楚武力和刘志伟[18]对半开式离心叶轮进度，出口流场的变化特征等，指出了当间隙会观测到有明显的回流现象，这会对叶轮的高转速离心叶轮中的激波形成的机理以及其附面层干扰是叶轮能量损失的主要原因；贾对叶轮气动性能的影响,提出了在相同的切隙的叶栅会有较大的效率；刘正先[22-24]研究量的结构形态以及其带来的能量损失，指出间掺混是引起叶轮效率降低的主要因素之一。图 1-1 半开式离心叶轮的子午流道示意图

流道参数,叶高,位置,激波

(a)马赫数分布 (b)标准化螺旋以及压力分布图 2-1 叶高 90%位置处流道参数[35]当气流经过激波时，气流流动参数会发生突变，如压力、密度等。在超音速气流中诱发激波有以下三种情况[46]：1）为气流的偏转角所决定的激波。这类情况主要出现在物体绕流的外部流动问题中。气流通过激波后，气流方向应平行于物体表面，才能满足物面边界条件，因此这类激波是由来流马赫数M∞和气流偏转角θ 来规定的。2）为压力条件所决定的激波。这涉及到自由边界的一类问题，例如超声速气流从喷管射出时，如果气流的出口压力cp 低于背压Bp ，那么超音速气流会产生斜激波以提高压力，这时激波的强度是由压比B cp p 所决定的，这就是自由边界的压力条件。3）为壅塞所决定的激波。在管道流动中可能发生某种壅塞现象，这会迫使超音速的上游气流在某处发生激波，使气流作某种调整，这种激波的强度是由最大流量的极限条件所决定的。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH452

【参考文献】