分流葉片對離心葉輪內(nèi)流影響的數(shù)值研究

1、分流葉片對離心壓縮機葉輪內(nèi)流及性能影響的數(shù)值研究錢澤球蔡元虎蘇莫明潘國培/西北工業(yè)大學分析了摘要:對包含分流葉片的離心壓縮機葉輪內(nèi)部流場進行了全三維數(shù)值仿真， 分流葉片對葉輪流場與性能的影響，并與不帶分流葉片的葉輪內(nèi)部流場進行了比 較。關鍵詞：離心式壓縮機；葉輪；分流葉片；數(shù)值仿真文獻標識碼：B中圖分類號：O351.210文章編號：1006-8155(2007) 06-0024-04the Influence of Splitter Blade on Inner Flow Field andNumerical Simulation ofP erformance of Centrifugal I

2、mp ellerAbstract: The whole 3-D numerical simulation on impeller inner flow field contained splitter blade is carried out in the paper. The in flue nee of sp litter blade on inner flow field and performanee is analyzed and the comparison with the impeller inner flow field without splitter blade is i

3、n troduced.Key words: cen trifugal comp ressor; imp eller; sp litter blade; nu merical simulati on0引言目前在國內(nèi)外一些高壓比、高效率的離心式壓縮機葉輪中，廣泛采用分流葉片的型式。 實踐證明：帶分流葉片的離心壓縮機葉輪既減少了進口氣流的阻塞，又提高了葉輪出口的滑移系數(shù)。不僅使葉輪效率提高，而且由于改善了葉輪出口的流場，為擴壓器進口創(chuàng)造了良好的條件，從而使壓縮機整級性能得到提高。很多學者1-6都曾對帶分流葉片的離心壓縮機葉輪內(nèi)部流動進行過數(shù)值研究與試驗，在分流葉片設計及應用方面都做出了有益的研究。1

4、分流葉片對離心壓縮機葉輪內(nèi)部流動的影響1.1 研究對象與研究方法數(shù)值模擬試驗的模型級由帶分流葉片與不帶分流葉片的閉式葉輪與等寬度無葉擴壓器 組成，如圖1所示。采用NUMECA軟件進行定常計算。葉輪的相關幾何參數(shù)：葉輪出口直 徑D2 =116.3mm，無葉擴壓器出口直徑 D4 =200mm，葉輪出口寬度 b2=15.3mm。葉輪轉(zhuǎn)速為 32660r/min，設計工況下質(zhì)量流量為3.3884kg/s，介質(zhì)為空氣，進口總溫30C，進口總壓0.1M Pa。葉輪葉片總數(shù)為 18,其中分流葉片位于兩長葉片中間，兩葉輪長葉片形狀完全一 致。計算網(wǎng)格如圖2所示，根據(jù)葉輪葉片的特點，對壁面附近、進出口以及葉頂間

5、隙處的網(wǎng)格加密。沿流向共有129個計算站，其中葉輪內(nèi)部長葉片上分布65個、分流葉片上分布 33個、葉輪上下游各33個，長短葉片構成的流道周向有29個計算站，葉片展向41個計算站，葉片出口尾緣周向17個計算站。對于帶分流葉片的葉輪，計算網(wǎng)格總數(shù)為352764;不帶分流葉片的葉輪，計算網(wǎng)格總數(shù)為176382。收稿日期：2007-09-10 西安市 710075(a)有分流葉片-J(b)無分流葉片圖1計算的離心壓縮機葉輪(a)有分流葉片V；(b)無分流葉片圖2計算網(wǎng)格1.2相對馬赫數(shù)分布首先給出葉輪長葉片進口截面處的相對馬赫數(shù)分布,如圖3所示。可以看出，相同的是相對馬赫數(shù)的最大值分布在輪蓋與壓力面的

6、角區(qū);而不帶分流葉片時,相對馬赫數(shù)的梯度明顯更高，導致進口截面處相對速度增加，因而損失增大。壓力面吸力面(a)有分流葉片W(b)無分流葉片圖3進口截面相對馬赫數(shù)分布造成葉輪的進口堵從圖4中同樣看出，無分流葉片時長葉片進口附近馬赫數(shù)明顯升高, 塞，使氣流摩擦損失增加。擁對馬就蟲(a)有分流葉片(b)無分流葉片輪蓋側(cè)跨葉片截面相對馬赫數(shù)分布1.3 出口截面參數(shù)圖5圖8給出了葉輪出口截面上相對靜壓(P/Pin)、相對總壓(P o/ P in)、相對總溫(To/Tin )、無量綱子午速度(Cm/U2)的等值線分布。比較可見，有分流葉片的葉輪出口截面各參數(shù)分布較為均勻一些。圖9和圖10給出了出口截面上周

7、向平均的相對靜壓、相對總壓分布，同樣看出帶分流葉片的葉輪出口截面壓力分布更為均勻。壓力面吸力面(a)有分流葉片吸力面壓力面(b)無分流葉片圖5出口截面相對靜壓分布股力面壓力面(a)有分流葉片吸力IE1壓力B1(b)無分流葉片圖6出口截面相對總壓分布壓力S(a)有分流葉片力壓面9M(b)無分流葉片圖7出口截面相對總溫分布壓力面(a)有分流葉片吸力面卿加壓力面；-A(b)無分流葉片圖8出口截面無量綱子午速度分布圖9出口截面周向平均的相對靜壓1.4 葉頂靜壓分布圖11比較了設計轉(zhuǎn)速下不同流量工況的無量綱周向平均靜壓沿無量綱葉尖子午流線的 分布。由圖可見，無分流葉片時葉頂處周向平均靜壓沿著氣流的流動方

8、向光滑地逐漸增大； 而有分流葉片時，在分流葉片進口處靜壓有一定波動。(a)有分流葉片(b)無分流葉片圖11周向平均的葉頂靜壓分布2結論(1) 不帶分流葉片時，相對馬赫數(shù)的梯度明顯更高，導致進口截面處相對速度增加， 造成葉輪的進口堵塞，使氣流摩擦損失增大。(2) 帶分流葉片的葉輪出口截面各參數(shù)分布更為均勻，對后面擴壓器內(nèi)的流動有很好 的影響。(3) 無分流葉片時葉頂處周向平均靜壓沿著氣流的流動方向光滑地逐漸增大；而有分 流葉片時，在分流葉片進口處靜壓有一定波動。參考文獻1 Launder B E , Sharma B I. App lication of The Energy Diss ip a

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