高速离心叶轮叶片开缝的数值研究.pdf

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1、2011年第39卷第11期流体机械17文章编号：1005—0329(2011)11—0017—05高速离心叶轮叶片开缝的数值研究韩伟，高丽敏，白莹，李晓军，高杰(西北工业大学，陕西西安710072)摘要：提出在离心叶轮吸力面尾部开缝抽吸的方法，在叶片吸力面尾部对低速流体区域进行抽吸，以减弱由叶轮内二次流所导致的射流一尾迹结构。以Krain高速离心叶轮为例，建立抽吸模型，并进行了数值计算。数值仿真结果表明，在压气机流量范围内，叶轮尾部开缝抽吸可以减少叶片表面的分离区域，改善叶轮内部流场的流动状况，有效地提高离心叶轮性能。关键词：离心

2、叶轮；叶片开缝；射流一尾迹结构；边界层控制中图分类号：0345．2文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2011．11．004NumericalStudyofCentrifugalCompressorwithSlotsinBladeSurfaceHANWei，GAOLi—min，BAIYing，LIXiao-jun，GAOJie(NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xiall710072，China)Abstract：AHewmethodofdrillingth

3、rough—slotsinbladesuctionsurfacesneartheshroudofacentrifugalimpellerisproposed，wherelowvelocityareaorseparationareaissucked，asaresult，thejet-wakeflowcausedbysecondaryflowsintheimpellerisweakened．ThenumericalmodelofKrmncentrifugalimpellerisbuiltandcomputed．Theresultsho

4、wthattheseperationareanearbladesuctionsurfacesisreduced，theflowfieldinsidecentrifugalimpellerisimprovedandbetterperformanceofthecentrifugalimpellercanbeachievedbysuckingfromslotsinsuctionSUlk'aces．Keywords：centrifugalimpeller；slotsinblade；jet-wakeflows；boundarylayerco

5、ntrol1前言面低能流体来控制附面层分离，是提高压气机效率和压比的有效方法．oJ。目前，这种流动控制离心式叶轮内部流动较为复杂，叶片通道内方法在轴流压气机上应用广泛，而在离心压气机存在着压力面向吸力面的二次流动，同时由于气上还没有见到相关文献。本文在离心压气机中引流90。转弯，导致轮盘压力大于轮盖压力也形成入边界层抽吸技术，提出高速离心叶轮开缝抽吸了二次流，这一般会引起叶轮的轮盖和叶片吸力的方法，在叶片吸力面尾部对低速或分离区域的面区域出现低速区甚至分离，形成射流一尾迹结流体进行抽吸，减弱射流一尾迹结构，从而提高叶构。这种结构，

6、会导致叶轮内部流动损失大大增轮性能。加，同时对后续元件内部流场产生强烈的不均匀性。为了减弱离心叶轮内的射流一尾迹结构，提2研究对象及数值模拟方法高压气机性能和扩大稳定工况范围，目前的热点研究多集中于射流、涡流等流动控制方法，如采用本文选择以Krain离心叶轮为例，进行叶片涡流发生器，叶轮轮盖开孔射流，以及串列叶片等表面开缝抽吸数值仿真。Krain叶轮是德国宇航技术卅。院(DFVLR)设计的一个高亚音速离心半开式叶研究表明边界层抽吸技术，通过吸除叶片表轮(如图1所示)，Krain对其内部流场做了详细收稿日期：2010—11—22修稿

7、日期：2011—04—22l8FLUIDMACHINERYVo1．39，No．11，2011的激光测量。该叶轮后弯角达30。，共有24个叶(轴向进气)，出口给定出口静压，叶轮上下延伸片，出口直径是400ram，出口宽度是14．7ram，其部分的周向边界采用周期性边界条件。计算中，设计压比为4．7，叶尖顶部速度为470m／s，转速是通过调节出口静压来调节叶轮的进口流量。根据22363r／min，设计流量为4．0kg／s。由于Krain公边界层抽吸技术在轴流压气机上的应用经验，在开发表的文献中缺少叶轮出口区域的数据，本文抽吸网格出口边

8、界给定抽吸量为设计流量的采取的具体叶型数据来源于文献[7]重新构造补1．0％，即0．04kg／s。全的叶型数据，试验数据来源于文献[8，9]。3计算结果与分析3．1性能及流场分析本文对Krain原型离心叶轮和开缝后的离心叶轮进行了数值仿真，并与试验