旋渦風(fēng)機(jī)的葉輪葉片為什么具有弧度
瀏覽：3142 發(fā)布日期：2019-03-18 00:59
漩渦風(fēng)機(jī)由于計(jì)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(jì)算數(shù)據(jù),考慮到計(jì)算資源，為了加快計(jì)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(dòng)量和湍動(dòng)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(duì)應(yīng)進(jìn)口速度,按照相關(guān)公式計(jì)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(jì)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(duì)這兩個(gè)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(duì)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(duì)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(dòng)量和湍動(dòng)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(duì)應(yīng)進(jìn)口速度,按照相關(guān)公式計(jì)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(jì)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(duì)這兩個(gè)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(duì)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(duì)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(shì)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(jì)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(cè)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(gè)通道理論能量頭大，而數(shù)值計(jì)算結(jié)果卻是該兩種情況的全壓在小流量時(shí)很接近，大流量時(shí)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(huì)減少流動(dòng)的沖擊損失，而流量越大這種損失就越多，
實(shí)際流動(dòng)偏離理論流動(dòng)越大，也即效率會(huì)下降，這和文獻(xiàn)[2]試驗(yàn)測(cè)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(shí)壓力面倒角的全壓比未倒角高。因此數(shù)值計(jì)算的結(jié)果基本上與理論分析結(jié)果一致，
但大流量時(shí),氣體速度大,湍動(dòng)度大，與無限多葉片理論假設(shè)的流動(dòng)模型相差較大，此時(shí)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(huì)堿少流動(dòng)損失,能很好的解釋了這一現(xiàn)象
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這和上面理論分析預(yù)測(cè)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(gè)通道理論能量頭大，而數(shù)值計(jì)算結(jié)果卻是該兩種情況的全壓在小流量時(shí)很接近，大流量時(shí)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(huì)減少流動(dòng)的沖擊損失，而流量越大這種損失就越多，
實(shí)際流動(dòng)偏離理論流動(dòng)越大，也即效率會(huì)下降，這和文獻(xiàn)[2]試驗(yàn)測(cè)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(shí)壓力面倒角的全壓比未倒角高。因此數(shù)值計(jì)算的結(jié)果基本上與理論分析結(jié)果一致，
但大流量時(shí),氣體速度大,湍動(dòng)度大，與無限多葉片理論假設(shè)的流動(dòng)模型相差較大，此時(shí)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(huì)堿少流動(dòng)損失,能很好的解釋了這一現(xiàn)象
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