旋渦風(fēng)機(jī)的葉輪葉片為什么具有弧度
瀏覽：2959 發(fā)布日期：2019-03-18 00:59
漩渦風(fēng)機(jī)由于計算不同形式的倒角葉片在不同工況點(diǎn)下的性能,需要很多組計算數(shù)據(jù),考慮到計算資源，為了加快計算速度和能適應(yīng)網(wǎng)格質(zhì)量較差的工況。
本文采用單方程Spalar-Allmaras模型,基于應(yīng)力/渦量的S-A ,求解器選用基于壓力的穩(wěn)態(tài)3D雙精度求解器,壓力一速度耦合，SIMPLEC算法; 散格式:壓力采用標(biāo)準(zhǔn)格式，動量和湍動能選用二階迎風(fēng)格式，其他選用Fluent默認(rèn)選項(xiàng)。
邊界條件:速度進(jìn)口(依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)換算得出各工況點(diǎn)對應(yīng)進(jìn)口速度,按照相關(guān)公式計算湍流強(qiáng)度和水力直徑)，自由出口,標(biāo)準(zhǔn)壁面雨數(shù)，葉輪旋轉(zhuǎn)區(qū)采用MRF多黎考系，轉(zhuǎn)速2950/ min,完體區(qū)域?yàn)殪o止流體區(qū),葉輪和殼體交界處采用interior'。
計算結(jié)果：由于漩渦風(fēng)機(jī)吸力面倒角 和壓力面倒角已經(jīng)做過試驗(yàn),有試驗(yàn)結(jié)果做爹照，故先對這兩個模型進(jìn)行數(shù)值模擬，得出結(jié)果后分析是否與試驗(yàn)結(jié)果保持一致方可確定所選數(shù)值模型的可靠性。
從而應(yīng)用到其他葉片模型下面是截取的部分后處理結(jié)果。殼體靜樂 云圖和徑向截面的相對速度云圖分布情況
如圖10.11所示，可以看出,模擬的結(jié)果與旋渦風(fēng)機(jī)工作原理是一致的，即進(jìn)口到出口壓力是逐漸增加的，殼體流道和葉輪流道內(nèi)的流體主嬰存在縱向旋滿，流道兩側(cè)的流體具有一定的對稱性，這說明該模型具有一定可行性。
本文采用單方程Spalar-Allmaras模型,基于應(yīng)力/渦量的S-A ,求解器選用基于壓力的穩(wěn)態(tài)3D雙精度求解器,壓力一速度耦合，SIMPLEC算法; 散格式:壓力采用標(biāo)準(zhǔn)格式，動量和湍動能選用二階迎風(fēng)格式，其他選用Fluent默認(rèn)選項(xiàng)。
邊界條件:速度進(jìn)口(依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)換算得出各工況點(diǎn)對應(yīng)進(jìn)口速度,按照相關(guān)公式計算湍流強(qiáng)度和水力直徑)，自由出口,標(biāo)準(zhǔn)壁面雨數(shù)，葉輪旋轉(zhuǎn)區(qū)采用MRF多黎考系，轉(zhuǎn)速2950/ min,完體區(qū)域?yàn)殪o止流體區(qū),葉輪和殼體交界處采用interior'。
計算結(jié)果：由于漩渦風(fēng)機(jī)吸力面倒角 和壓力面倒角已經(jīng)做過試驗(yàn),有試驗(yàn)結(jié)果做爹照，故先對這兩個模型進(jìn)行數(shù)值模擬，得出結(jié)果后分析是否與試驗(yàn)結(jié)果保持一致方可確定所選數(shù)值模型的可靠性。
從而應(yīng)用到其他葉片模型下面是截取的部分后處理結(jié)果。殼體靜樂 云圖和徑向截面的相對速度云圖分布情況
如圖10.11所示，可以看出,模擬的結(jié)果與旋渦風(fēng)機(jī)工作原理是一致的，即進(jìn)口到出口壓力是逐漸增加的，殼體流道和葉輪流道內(nèi)的流體主嬰存在縱向旋滿，流道兩側(cè)的流體具有一定的對稱性，這說明該模型具有一定可行性。
從圖12性能曲線可以看出，雖然同一工況下數(shù)值模擬的全壓比試驗(yàn)值大很多,但從性能曲線的趨勢可以看出，模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果還是一致的:同樣反映出漩渦風(fēng)機(jī)的壓力隨流量的減小具有陡升的特點(diǎn),
并且吸力面倒角的全壓比壓力面倒角高很多,特別在小流量區(qū)域更明顯。風(fēng)機(jī)全壓的模擬值比試驗(yàn)值大很多的原因可以歸結(jié)如下幾點(diǎn):
(1)模型中去除了隔舌的影響,實(shí)際這一部分的損失比較大。
(2)模型進(jìn)出口直接選為徑向截面，并沒有彎曲成與葉輪轉(zhuǎn)軸致的方向，這和實(shí)際比減少了進(jìn)出口處的大渦損失。
(3)模型的葉輪與殼體之間沒有問隊(duì)，這樣與實(shí)際相比忽略了泄漏損失等等。由于這些因素的存在導(dǎo)致數(shù)值結(jié)果比試驗(yàn)結(jié)果大出很名,這是符合實(shí)際情況的但模擬的結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果能定性地保持一致,
說明漩渦風(fēng)機(jī)模擬結(jié)果在一定程度上還是可以接受的。因此可以用該數(shù)值方法模擬其他葉片形式的風(fēng)機(jī)。徑向直葉片未倒角、葉片壓吸兩面都倒角、吸力面倒角、壓力面倒角4種風(fēng)機(jī)的數(shù)值計算結(jié)果如圖13所示。
從上圖中可以看出,在同一工況點(diǎn)下風(fēng)機(jī)全壓從高到低依次是吸力面倒角壓吸面都倒角、壓力面倒角直葉片未倒角。
這和上面理論分析預(yù)測的結(jié)果相比大體是致的。但是理論分析得出直葉片未倒角要比壓力面倒角的單個通道理論能量頭大，而數(shù)值計算結(jié)果卻是該兩種情況的全壓在小流量時很接近，大流量時壓力面倒角比未倒角葉片稍高。
因?yàn)殇鰷u風(fēng)機(jī)流量大，側(cè)流道氣體的速度就大，湍流強(qiáng)度就大，造成沖擊損失較多，而壓力面倒角雖然從上面理論分析比未倒角能量頭低,但倒角相當(dāng)于進(jìn)口集流器.會減少流動的沖擊損失，而流量越大這種損失就越多，
實(shí)際流動偏離理論流動越大，也即效率會下降，這和文獻(xiàn)[2]試驗(yàn)測得旋渦風(fēng)機(jī)效率隨流量先增加后減小(大流量的效率減小)是一致的。
故造成大流量時壓力面倒角的全壓比未倒角高。因此數(shù)值計算的結(jié)果基本上與理論分析結(jié)果一致，
但大流量時,氣體速度大,湍動度大，與無限多葉片理論假設(shè)的流動模型相差較大，此時不能完全靠速度三角形理論分析來解釋大流量區(qū)的現(xiàn)象,
但倒角的集流器作用會堿少流動損失,能很好的解釋了這一現(xiàn)象
http://m.fiwf.cn
這和上面理論分析預(yù)測的結(jié)果相比大體是致的。但是理論分析得出直葉片未倒角要比壓力面倒角的單個通道理論能量頭大，而數(shù)值計算結(jié)果卻是該兩種情況的全壓在小流量時很接近，大流量時壓力面倒角比未倒角葉片稍高。
因?yàn)殇鰷u風(fēng)機(jī)流量大，側(cè)流道氣體的速度就大，湍流強(qiáng)度就大，造成沖擊損失較多，而壓力面倒角雖然從上面理論分析比未倒角能量頭低,但倒角相當(dāng)于進(jìn)口集流器.會減少流動的沖擊損失，而流量越大這種損失就越多，
實(shí)際流動偏離理論流動越大，也即效率會下降，這和文獻(xiàn)[2]試驗(yàn)測得旋渦風(fēng)機(jī)效率隨流量先增加后減小(大流量的效率減小)是一致的。
故造成大流量時壓力面倒角的全壓比未倒角高。因此數(shù)值計算的結(jié)果基本上與理論分析結(jié)果一致，
但大流量時,氣體速度大,湍動度大，與無限多葉片理論假設(shè)的流動模型相差較大，此時不能完全靠速度三角形理論分析來解釋大流量區(qū)的現(xiàn)象,
但倒角的集流器作用會堿少流動損失,能很好的解釋了這一現(xiàn)象
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