摘要：采用商用軟件NUMECAL中FINE/TURBO模塊對(duì)低速大尺度離心壓縮機(jī)(LSCC)在不同間隙條件下的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。給出了壓縮機(jī)葉輪出口處的通流速度分布以及不同截面二次流矢量、二次流流線等計(jì)算結(jié)果。結(jié)果表明：葉頂間隙的大小與泄漏流動(dòng)的強(qiáng)度和通道內(nèi)的尾跡區(qū)位置分布密切相關(guān)，泄漏流動(dòng)與通道渦的相互作用嚴(yán)重影響了通道內(nèi)的流場(chǎng)分布。

0引言
在離心壓縮機(jī)葉輪中，因?yàn)槿~頂間隙的存在，葉頂間隙泄漏就不可避免。但葉頂間隙泄漏流動(dòng)的復(fù)雜性和試驗(yàn)手段的限制以及現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)使數(shù)值模擬成為研究葉輪內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)的重要且有效的工具。近年來(lái)，各國(guó)的學(xué)者對(duì)葉頂間隙泄漏流動(dòng)的機(jī)理和模型進(jìn)行了大量的理論分析，但大部分研究對(duì)象都是軸流壓縮機(jī)內(nèi)部的間隙泄漏流動(dòng)，而對(duì)離心壓縮機(jī)內(nèi)部的間隙泄漏流動(dòng)的研究工作報(bào)道則相對(duì)少一些。因?yàn)殡x心壓縮機(jī)內(nèi)部流動(dòng)的幾何邊界和動(dòng)力學(xué)條件更為復(fù)雜，使得壓縮機(jī)葉頂間隙泄漏流動(dòng)比較復(fù)雜[1-3]。這種泄漏流動(dòng)和葉片通道里面的二次流動(dòng)的相互作用極大地影響了離心壓縮機(jī)的性能和內(nèi)部流場(chǎng)。因此，對(duì)葉頂間隙對(duì)壓縮機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)的影響進(jìn)行深入的分析研究顯得十分必要。本文就對(duì)同一葉輪在3種不同間隙時(shí)所產(chǎn)生的泄漏流動(dòng)與這些通道渦的相互作用對(duì)流場(chǎng)的影響進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，對(duì)葉頂間隙泄漏進(jìn)行了較為詳細(xì)地比較分析。
1研究對(duì)象和數(shù)值方法
研究的對(duì)象為低速大尺寸離心壓縮機(jī)(Low-SpeedLarge-ScaleCentrifugalCompressor)，它是美國(guó)航空航天局研究中心在1983年為進(jìn)行葉輪機(jī)械的基礎(chǔ)研究專門(mén)建立的試驗(yàn)裝置[8]。試驗(yàn)葉輪為半開(kāi)式后向葉輪，共有20個(gè)長(zhǎng)葉片，出口角是55°。進(jìn)口直徑為870mm,進(jìn)口葉片高度為218mm,出口直徑為1524mm,出口寬度為141mm。葉輪進(jìn)口到出口的葉頂間隙為2.54mm。為研究不同葉頂間隙對(duì)壓縮機(jī)流場(chǎng)的影響，對(duì)3種不同的葉頂間隙進(jìn)行了計(jì)算，這3種間隙分別為0%、50%、100%倍的設(shè)計(jì)間隙,該葉輪的設(shè)計(jì)間隙為2.54mm。
采用NUMECA中Augogrid生成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，其中葉片尾緣為鈍頭結(jié)構(gòu)，尾緣部分采用單獨(dú)的網(wǎng)格塊，葉頂間隙采用蝶形網(wǎng)格。主通道在流向、徑向、周向的網(wǎng)格數(shù)分別為129×73×61，尾緣網(wǎng)格塊周向網(wǎng)格數(shù)分別為33×73×13，設(shè)計(jì)頂部間隙布置13個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，50%頂部間隙布置7個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)。在壁面及前后緣加密，整個(gè)計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格約為65萬(wàn)左右。圖1為計(jì)算網(wǎng)格示意圖：（a）為子午面網(wǎng)格；（b）為三維網(wǎng)格示意圖。為表示清楚，網(wǎng)格點(diǎn)顯示采用隔點(diǎn)顯示，且在三維網(wǎng)格示意圖中沒(méi)有顯示機(jī)殼面網(wǎng)格。使用Bladwin-Lomax代數(shù)模型，使用中心差分格式對(duì)空間進(jìn)行離散，時(shí)間推進(jìn)選用四階顯式Runge-Kutta方法。計(jì)算時(shí)使用三重“V型”網(wǎng)格循環(huán)，CFL數(shù)取3。在計(jì)算過(guò)程中給定壓縮機(jī)進(jìn)口和出口邊界條件，進(jìn)口給定總溫、總壓和絕對(duì)氣流角，出口給定壓縮機(jī)的質(zhì)量流量和背壓。對(duì)固體壁面取用不滲透、無(wú)滑移和絕熱的
邊界條件。


（a）子午面網(wǎng)格示意圖（b)三維網(wǎng)格示意圖

圖1網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
2計(jì)算結(jié)果及分析

2.1出口通流速度



圖3給出了設(shè)計(jì)流量下葉輪出口附近J=167測(cè)量面上（圖2為各個(gè)測(cè)量截面位置示意圖），3種不同大小的間隙條件下計(jì)算得到的通流速度Cm/U2分布,Cm為流體的子午速度,U2為出口葉頂速度153m/s。圖片中各截面左邊為壓力面PS，右邊為吸力面SS。圖3a為試驗(yàn)測(cè)量的通流速度分布圖，其余均為計(jì)算所得通流速度分布圖；圖3b為100%間隙；圖3c為50%間隙；圖3d為0%間隙。對(duì)照?qǐng)D3a和圖3b，看出計(jì)算與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，能真實(shí)地反映實(shí)際流動(dòng)。在這一截面上，間隙的大小對(duì)尾跡的發(fā)展影響非常明顯
：當(dāng)葉頂間隙為零時(shí)，尾跡區(qū)位于吸力面和輪蓋的角區(qū)，占據(jù)區(qū)域很小，等值線速度分布比較均勻。隨著間隙的增大，尾跡區(qū)沿著輪蓋向壓力面擴(kuò)大，特別是100%間隙條件下，尾跡區(qū)占據(jù)通道頂部20%葉高的區(qū)域，而且在輪蓋處形成密集的等值線分布，這些等值線在輪蓋中間段有明顯的突起。從計(jì)算結(jié)果看出，在葉片的壓力面和吸力面也形成密集的邊界層，這種密集的邊界層對(duì)通流速度等值線在流道中心區(qū)域的曲率變化有很大的影響[7]。

2.2二次流動(dòng)分析

二次流動(dòng)不同的定義方法得到的結(jié)果也會(huì)略有不同。本方法是參照文獻(xiàn)[4]的定義方式，即主流方向定義為機(jī)殼面的幾何中心平均方向，二次流的矢量定義在與主流方向垂直的平面內(nèi)。圖4是3個(gè)不同截面在3種不同間隙條件下的二次流的速度矢量和流線。從圖4a中看出，隨著間隙的增大，吸力面的通道渦BVS在向壓力面擠壓，100%間隙時(shí)吸力面的通道渦BVS面積明顯比0%間隙的大，但和50%間隙條件下差別不明顯。由圖4b看出，在該截面壓力面通道渦BVP已經(jīng)形成，但是隨著間隙的增大，泄漏流動(dòng)的增強(qiáng)，在一定程度上抑制了通道渦BVP在通道頂部向吸力面的發(fā)展。這種現(xiàn)象解釋為在機(jī)殼附近，由于壁面附面層的粘性和葉頂間隙的泄漏流動(dòng)，使得流體在通道頂部向壓力面流動(dòng)。而在通道下半部分，通道渦BVP在壓力梯度作用下向吸力面移動(dòng)。這個(gè)現(xiàn)象在100％間隙條件下非常明顯。在截面(c)中看出,在沒(méi)有間隙時(shí)，通道渦呈現(xiàn)出一強(qiáng)一弱，通道內(nèi)的流動(dòng)有所改善。而在50％設(shè)計(jì)間隙條件下，通道渦BVP繼續(xù)向右移動(dòng)，將通道渦BVS擠壓到通道右側(cè)很小的范圍內(nèi)。同時(shí)在壓力面與機(jī)殼角區(qū)有一個(gè)角渦開(kāi)始形成。在100％間隙條件下，同50％間隙一樣，通道渦BVS被擠壓到吸力面一側(cè)，因?yàn)樾孤┝鲃?dòng)的增強(qiáng)，在通道的頂部形成泄漏渦。對(duì)比3組截面看出，前兩組的流線在50%和100%間隙條件下區(qū)別并不明顯，而在截面170處3種間隙對(duì)二次流動(dòng)的影響則非常大。這說(shuō)明在流道前端葉頂間隙的大小對(duì)通道渦的影響不是很明顯，而在流道的后部，葉頂間隙的大小對(duì)通道渦的影響很大，使流道內(nèi)的流場(chǎng)變得非常復(fù)雜，對(duì)整個(gè)葉輪的性能有很大的影響。


(a) 無(wú)葉頂間隙

( b) 葉頂間隙為設(shè)計(jì)間隙的1/2

GDF系列離心風(fēng)機(jī)，吸取國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)制成的新型產(chǎn)品，該產(chǎn)品可直接與風(fēng)管連接，性能好，運(yùn)行平穩(wěn)人，噪聲低，結(jié)構(gòu)合理緊湊，安裝方便，是九十年代填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白替代進(jìn)口產(chǎn)品。

二。型號(hào)結(jié)構(gòu)
　　葉輪由多個(gè)前向圓弧鋁合金葉片，前盤(pán)，后盤(pán)組成，均采用機(jī)械化模具制作而成，并經(jīng)靜，動(dòng)平穩(wěn)校驗(yàn)，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，具有良好的空氣動(dòng)力性能。
　　機(jī)殼采用鍍鋅鋼板或不銹鋼板，經(jīng)機(jī)械化及模具加工后點(diǎn)焊接而成。結(jié)構(gòu)牢固，合理緊湊。電機(jī)支座采用鍍鋅經(jīng)機(jī)械化模具制作成形。
　　電機(jī)均用單支撐外旋電機(jī)，葉輪固定在電機(jī)外殼上，電機(jī)支撐端固定在電機(jī)支座上，電機(jī)支座固定在機(jī)殼頂板上，由電機(jī)外殼旋轉(zhuǎn)直接驅(qū)動(dòng)葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)。
三。風(fēng)機(jī)用途
　　該產(chǎn)品可用于賓館，商場(chǎng)，醫(yī)院，影劇院，歌舞廳，禮堂，大專院校和科研單位，以及工業(yè)與民用建筑內(nèi)的通風(fēng)換氣。
四。使用條件
　　輸送氣體的種類：空氣和其他不自然的。無(wú)腐蝕性的，對(duì)人體無(wú)害的氣體。
　　氣體內(nèi)的雜質(zhì)：氣體內(nèi)不許有粘性物質(zhì)，所含的塵土及硬顆粒物大于120mg/m3。
　　氣體溫度使用范圍：-20攝氏度-80攝氏度。
　　該系列風(fēng)機(jī)僅使用在室內(nèi)安裝，并應(yīng)按樣本主視圖方位安裝，不得上下顛倒安裝，不準(zhǔn)側(cè)立安裝，否則會(huì)影響電機(jī)使用壽命。如需裝于室外，必須考慮電機(jī)的防雨措施。
五。設(shè)計(jì)選用說(shuō)明
　　該管道風(fēng)機(jī)屬前向多翼型離心風(fēng)機(jī)，在相同風(fēng)量，分壓情況下，其噪聲比軸流風(fēng)機(jī)低的多。本系列風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，風(fēng)壓，噪聲等參數(shù)是根據(jù)許多工程實(shí)際需要提出的，廣泛適用于公共場(chǎng)所的送，通風(fēng)工程。
　　在該風(fēng)機(jī)外殼頂面上標(biāo)有出風(fēng)方向的箭頭，可避免反向安裝，保證送，通風(fēng)系列的下正常使用。當(dāng)被輸送低溫空氣有可能造成機(jī)殼和管道外表面結(jié)露時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)保溫層。風(fēng)機(jī)的噪聲是額定風(fēng)量，風(fēng)壓未接風(fēng)管時(shí)距進(jìn)風(fēng)口一米處側(cè)得的平均數(shù)，配有進(jìn)，通風(fēng)管，則噪聲將有所衰減。對(duì)于噪聲要求較高的場(chǎng)合，應(yīng)在進(jìn)，通風(fēng)管道上配置消聲彎頭或消聲器。風(fēng)機(jī)配用單相（200V）電機(jī)的電源接線圖放置在風(fēng)機(jī)電源接線盒內(nèi)。
　　風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)小，一般不需采取減振措施。若設(shè)計(jì)認(rèn)為有必要，可在風(fēng)機(jī)支承外加減振橡膠或減振彈簧

豬場(chǎng)負(fù)壓風(fēng)機(jī)
車間降溫
河北負(fù)壓風(fēng)機(jī)價(jià)格

鋒速達(dá)是水簾生產(chǎn)廠家|環(huán)�？照{(diào)生產(chǎn)廠家|屋頂風(fēng)機(jī)廠家|，鋒速達(dá)承接規(guī)劃：豬場(chǎng)降溫|車間降溫|廠房降溫|豬場(chǎng)通風(fēng)|車間通風(fēng)|廠房通風(fēng)|屋頂排風(fēng)機(jī)|屋頂排熱|廠房通風(fēng)降溫|車間通風(fēng)降溫|通風(fēng)換氣排熱降溫工程|屋頂風(fēng)機(jī)安裝|負(fù)壓風(fēng)機(jī)安裝|水簾安裝|環(huán)�？照{(diào)安裝|通風(fēng)設(shè)備安裝|通風(fēng)降溫設(shè)備|通風(fēng)系統(tǒng)安裝案例|通風(fēng)降溫系統(tǒng)|屋頂通風(fēng)機(jī)|屋頂排風(fēng)系統(tǒng)
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