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1、第16卷第1期航空学报Vol16No11995年1月ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAJan.1995离心压气机叶轮三元流场计算陈元先赖斌(襄樊219信箱,襄樊,441102)COMPUTATIONOFTHREE-DIMENSIONALFLOWFIELDINACENTRIFUGALIMPELLERChenYuanxian,LaiBin(Box219ofXiangfan,Xianfan,441102)摘要用任定准正交面方法对一个航空涡轮冷却器的离心压气机叶轮流场
2、进行了三元计算,计算考虑了上下游边界条件的影响。用计算结果分析了叶轮流场品质,提出了改型措施并对改型叶轮流场进行了分析。关键词离心压气机,三维流,叶轮中图分类号V2451AbstractThethree-dimensionalflowfieldofacentrifugalimpellerforaircraftcoolingturbineiscomputedwithquasi-orthogonalsurfacemethodincludingtheinfluenceofup-streamanddownstreamco
3、nditions.Thecalculatedflowfieldofthecentrifugalimpellerandtheimprovementofthebladeshapearediscussed.Keywordscentrifugalcompressors,threedimensionalflow,impellers先进离心压气机设计中广泛应用了三元流场计算分析技术。本文采用的任定准正交面方法是一种直接求解叶轮流场三元解的数值方法,它把一个三元流场的求解分解成互相关联的3个一元问题来迭代求解。流场计算方法中考虑了上
4、下游流动边界条件的影响。1流场计算方法1.1速度梯度方程如图1叶轮通道流面模式及速度组成所示,沿准正交面与S2流面交线方向的速度梯[1]度方程dWdd=AW+B+(CW+D)(1)dqmdqm22dwcoscos(-)sincosm式中A=-;B=cossin(-)-2sincos;C=rcrdmdWsinsincos;D=rcos+2sin。dm1993年9月5日收到,1994年2月23日收到修改稿第1期陈元先等:离心压气机叶轮三元流场计算
5、43沿准正交面与S1流面的交线方向的速度梯度方程dW/d=CW+D(2)12连续性方程对于任一准正交面,叶片通道的积分形式的连续性方程G0=gWmcos(-sq)rddqmq(q)m盖sm=dqmgWmcos(-0(q)dm图1叶轮流面模型及速度组成)rd(3)13边界条件在流动无分离的情况下,叶片的压力面和吸力面必定是S2流面。轮盘和轮盖面是S1流面。其边界条件自动满足。考虑上下游边界条件对叶片通道流动的影响,将叶片通道上下游流面作延伸,在上游延伸区,流面的
6、坐标为zK1=m1+(tg1m-0rK2K2C1u+)dz(4)C1arC1a式中K1、K2为加权系数,K1+K2=1。叶轮出口的下游作等环量延伸,其流面的坐标=m2+(tgm2+rmr2)ln-(r-Wr2rm12wr2rm22rm2)(5)式中下标m2代表叶轮出口截面上的参数。14求解过程用准正交面方法求解叶轮通道三元流场的计算程序详细求解过程见图2。图2求解过程框图44航空学报第16卷2流场计算结果与分
7、析用准正交面三元流动计算方法对一个航空涡轮冷却器的离心压气机叶轮流场进行了计算。叶轮的设计工况为:转速n=80000r/min;流量G=2200kg/h;进气压力Pin=06MPa;温度Tin=168;叶轮外径D2=925mm;叶片为径向直叶片,叶片数Zn=12,全长叶片。叶片通道流场计算取9个S2流面、5个S1流面、15个准正交面。图3是中间S1流面的流线谱。图中流线在叶轮出口向下弯曲而叶片为径向直叶片,即叶轮出口气流产生了滑移。在跨叶片流面上两相邻流线间通过的流量是相等的,因此在同一准正交面上速度低的一侧相邻两
8、流线间跨距大。K=5为中间子午流面,K=1,5流线距离较K=5、9流线距离大,即靠近压力面区域速度低于吸力面侧的速度。叶片通道中存在较大横向速度梯度。从图4中间S1流面的相对Ma分布看,在K=1压力面侧出现了负Ma区。结合图3可以判断在叶片通道后半段轮盘与压力面相交附近区域存在负速度区并有可能出现回流。Ma分布还表明
