分流叶片对离心叶轮内流影响的数值研究.doc

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1、分流叶片对离心压缩机叶轮内流及性能影响的数值研究钱泽球蔡元虎苏莫明潘国培/西北工业大学摘要：对包含分流叶片的离心压缩机叶轮内部流场进行了全三维数值仿真，分析了分流叶片对叶轮流场与性能的影响，并与不带分流叶片的叶轮内部流场进行了比较。关键词：离心式压缩机；叶轮；分流叶片；数值仿真中图分类号：0351.2文献标识码：B文章编号：1006-8155(2007)06-0024-04NumericalSimulationoftheInfluenceofSplitterBladeonInnerFlowFieldandPerformanceofCe

2、ntrifugalImpellerAbstract:Thewhole3-Dnumericalsimulationonimpellerinnerflowfieldcontainedsplitterbladeiscarriedoutinthepaper.Theinfluenceofsplitterbladeoninnerflowfieldandperformanceisanalyzedandthecomparisonwiththeimpellerinnerflowfieldwithoutsplitterbladeisintroduced.

3、Keywords:centrifugalcompressor;impeller;splitterblade;numericalsimulation0引言目前在国内外一些高压比、高效率的离心式压缩机叶轮屮，广泛采用分流叶片的型式。实践证明：带分流叶片的离心压缩机叶轮既减少了进口气流的阻塞，又提高了叶轮出口的滑移系数。不仅使叶轮效率提高，而且由于改善了叶轮出口的流场，为扩压器进口创造了良好的条件，从而使压缩机整级性能得到提高。很多学者卩勺部曾对带分流叶片的离心压缩机叶轮内部流动进行过数值研究与试验，在分流叶片设计及应用方面都做出了有益的研

4、究。1分流叶片对离心压缩机叶轮内部流动的影响1.1研究对象与研究方法数值模拟试验的模型级由带分流叶片与不带分流叶片的闭式叶轮与等宽度无叶扩压器组成，如图1所示。采用NUMECA软件进行定常计算。叶轮的相关儿何参数：叶轮出口直径6=116.3mm,无叶扩压器出口直径D4=200mm,叶轮出口宽度/;2=15.3mm。叶轮转速为32660r/min,设计工况下质量流量为3.3884kg/s,介质为空气,进口总温30°C,进口总压O.IMPao叶轮叶片总数为18,其中分流叶片位于两长叶片中间，两叶轮长叶片形状完全一致。计算网格如图2所示，根

5、据叶轮叶片的特点，对壁曲附近、进岀口以及叶顶间隙处的网格加密。沿流向共有129个计算站，其屮叶轮内部长叶片上分布65个、分流叶片上分布33个、叶轮上下游各33个，长短叶片构成的流道周向有29个计算站，叶片展向41个计算站,叶片出口尾缘周向17个计算站。对于带分流叶片的叶轮,计算网格总数为352764；不带分流叶片的叶轮，计算网格总数为176382c收稿日期:2007-09-10西安市710075(a)有分流叶片(b)无分流叶片图I计算的离心压缩机叶轮(a)有分流叶片(b)无分流叶片图2计算网格1.2相对马赫数分布首先给出叶轮长叶片进口

6、截面处的相对马赫数分布，如图3所示。可以看出，相同的是相对马赫数的最大值分布在轮盖与爪力血的角区；而不带分流叶片时，相对马赫数的梯度明显更高，导致进口截面处相对速度增加，因而损失增大。(a)有分流叶片(b)无分流叶片图3进II截面相对马赫数分布从图4中同样看出，无分流叶片时长叶片进口附近马赫数明显升高，造成叶轮的进口堵塞，使气流摩擦损失增加。(a)有分流叶片相对马赫数(b)无分流叶片图4轮盖侧跨叶片截回相対马赫数分布1.3出口截面参数图5~图8给岀了叶轮岀口截面上相对静压(p/pj、相对总压(pJPG、相对总温(TJTQ、无量纲了午速

7、度CJU?)的等值线分布。比较可见，有分流叶片的叶轮出口截面齐参数分布校为均匀一些。图9和图10给出了出口截面上周向平均的相对静压、相对总压分布，同样看出带分流叶片的叶轮出口截面压力分布更为均匀。吸力面(a)有分流叶片吸力面压力面(b)无分流叶片图5Hmm-相对静压分布压力面(a)有分流叶片吸力面(b)无分流叶片压力面(b)无分流叶片图6出口截面相对总压分布图7岀口截面梢对，总温分布心)有分流叶片①)无分流叶片图8出口截面无量纲子午速度分布图9出II截面周向平均的相对静压图10出口截面周向平均的相对总圧1.4叶顶静压分布图11比较了设

8、计转速下不同流量工况的无量纲周向平均静压沿无量纲叶尖子午流线的分布。由图可见，无分流叶片时叶顶处周向平均静压沿着气流的流动方向光滑地逐渐增大;而有分流叶片时，在分流叶片进口处静压有一定波动。(a)有分流叶片(b)无分流叶