Eckardt葉輪數(shù)值計(jì)算

1、Eckardt葉輪數(shù)值計(jì)算一、 引言二、 研究方法本文研究的葉輪為入口軸向進(jìn)氣，工質(zhì)為理想氣體，總溫總壓入口條件為Pt=1 atm , Tt=288 K，葉輪設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為14000 rpm，設(shè)計(jì)流量為5.31Kg/s，設(shè)計(jì)壓比為2.0。葉頂間隙為前緣0.5mm，尾緣0.7mm，出口直徑為400mm，葉片數(shù)為20。數(shù)值計(jì)算選擇cfx軟件，指定網(wǎng)格數(shù)為60萬，設(shè)置壁面y+為4，最終生成網(wǎng)格數(shù)為721160，最終網(wǎng)格如下圖所示。選擇k-e湍流模型，設(shè)置總溫總壓入口，流量出口。三、 總體性能對(duì)比3.1 三個(gè)工況點(diǎn)性能對(duì)比由下表可看出，在轉(zhuǎn)速14000RPM下，三個(gè)流量點(diǎn)的壓比和效率偏差均較大，且對(duì)比幾何

2、結(jié)構(gòu)， 工況點(diǎn)流量總體性能實(shí)驗(yàn)值計(jì)算值偏差M14.53總壓比2.0861.977-5.22%絕熱效率86.592.67.05%M25.31總壓比2.0941.949-6.9%絕熱效率8892.75.36%M36.09總壓比2.0611.916-7.03%絕熱效率86.892.16.1%3.2 總壓特性在轉(zhuǎn)速14000RPM的情況下，出口流量超過7.31kg/s后計(jì)算不能收斂，改用壓力出口計(jì)算，出口靜壓從5000pa降低至-20000pa,出口流量只能到7.31174kg/s,即cfx計(jì)算的阻塞流量偏小，但同一流量點(diǎn)處流量出口和靜壓出口計(jì)算結(jié)果偏差較大，故只用流量出口的計(jì)算值繪制性能曲線。四、

3、流場(chǎng)細(xì)節(jié)對(duì)比葉輪的子午流道，相關(guān)尺寸及測(cè)量面位置如下圖和表格所示。測(cè)量面x/sm0.080.430.590.871.014.1 壓力場(chǎng)分析4.1.1 葉輪流道內(nèi)靜壓分布下圖為流道內(nèi)壓力場(chǎng)分布，cfx的靜壓為相對(duì)壓力值，本文設(shè)置的參考?jí)毫榇髿鈮海瑢?duì)比文獻(xiàn)中的壓力圖，可知壓力的范圍及分布基本一致，在0.40.7倍葉片弦長方向，靠近輪蓋和吸力面?zhèn)瘸霈F(xiàn)低壓區(qū)。x/s=0.08x/s=1.01x/s=0.78x/s=0.68x/s=0.59x/s=0.51x/s=0.43x/s=0.26x/s=0.94x/s=0.87SSPSshroudhub4.1.2 葉輪出口總壓下圖為在M2工況點(diǎn)下，葉輪出口附近

4、截面RR2=1.017絕對(duì)總壓分布，對(duì)比M1工況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可知在吸力面和輪轂側(cè)（A），壓力面靠近輪蓋側(cè)（B）處存在高壓區(qū)，在輪蓋側(cè)絕對(duì)總壓均較低，從壓力面到吸力面變化不是非常明顯，使高壓區(qū)B位置比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)稍微遠(yuǎn)離輪蓋側(cè)。ABCuSSPSHubshroud4.1.3 機(jī)匣上靜壓分布下圖為設(shè)計(jì)點(diǎn)輪蓋靜壓分布，對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以看出在輪蓋上靜壓分布和幅值均與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合，在吸力面入口區(qū)域存在低壓區(qū)，由于此區(qū)域內(nèi)發(fā)生流動(dòng)分離。uSSPS4.1.4 葉表靜壓分布下圖為設(shè)計(jì)點(diǎn)葉表靜壓分布曲線，可以看出葉輪前部負(fù)荷較小，后部負(fù)荷較大，在葉輪前部壓力面上，沿葉片展向靜壓分布比實(shí)驗(yàn)葉輪略有變化，越接近輪蓋靜

5、壓越大，在吸力面的低壓區(qū)域靜壓沒有實(shí)驗(yàn)值小，計(jì)算葉輪載荷更均勻，由于模擬葉輪尾緣后掠，減小了葉片應(yīng)力，在葉片尾緣負(fù)荷略低于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。4.2 速度場(chǎng)分析4.2.1 流道內(nèi)周向速度分布下圖為流道內(nèi)周向速度分布，從圖中可以看出，由于葉片表面流體同葉片無滑移同速轉(zhuǎn)動(dòng)，而有較高的周向速度；在葉輪后部壓力面及輪蓋側(cè)存在高周向速度區(qū)；葉輪后部葉頂區(qū)域速度等值線較密集，即該區(qū)域葉輪周向速度梯度較大。x/s=0.08x/s=1.01x/s=0.78x/s=0.68x/s=0.59x/s=0.51x/s=0.43x/s=0.26x/s=0.94x/s=0.87SSPSshroudhub4.2.2 流道內(nèi)子午速度分

6、布 由下圖可以看出在葉輪后部輪蓋側(cè)子午速度明顯減小，且速度等值線較為密集，此區(qū)域即為葉輪的尾跡區(qū)。x/s=0.08x/s=1.01x/s=0.78x/s=0.68x/s=0.59x/s=0.51x/s=0.43x/s=0.26x/s=0.94x/s=0.87SSPSshroudhub4.2.3 各測(cè)量面子午速度分布4.3 二次流分析下圖為葉輪流道內(nèi)的二次流分布，由于葉頂間隙的存在，在壓差的驅(qū)動(dòng)下使得氣流從壓力面向吸力面流動(dòng)，形成葉頂泄漏二次流。在葉片表面，由葉輪流道內(nèi)靜壓分布圖可以看出，葉片表面沿徑向壓力梯度較小，而通道內(nèi)徑向壓力梯度明顯大于葉片表面值，在離心力和徑向壓差作用下，在葉輪折轉(zhuǎn)區(qū)流體出現(xiàn)徑向流動(dòng)趨勢(shì)，形成葉表二次流。葉頂泄漏二次流吸力面葉表二次流壓力面葉表二次流4.4 尾跡區(qū)下圖為blade to bl