《徑流式葉輪機械靜葉時序效應研究》是依託西安交通大學，由席光擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：徑流式葉輪機械靜葉時序效應研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：席光
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
採用實驗並輔以數值模擬的方法研究徑流式葉輪機械內部的靜葉時序效應。建立由前級回流器+彎道+葉輪+擴壓器+蝸殼組成的一個具有1.5級的離心式壓縮機結構的實驗平台，並設計精確的回流器葉片時序位置調節機構，以研究回流器葉片與下游擴壓器葉片之間的時序效應；針對回流器葉片的多個時序位置測定靜葉時序效應對該裝置整體氣動性能的影響，並採用二維熱膜風速儀分別在葉輪和葉片擴壓器出口鎖相採樣記錄氣流瞬時速度，套用系綜平均技術進行數據處理，總結尾跡干涉特徵；採用CFD軟體對1.5級離心壓縮機進行全三維非定常數值模擬，結合實驗結果深入探討尾跡干涉機理。研究利用時序效應提高徑流式葉輪機械巨觀氣動性能的新途徑，並進一步認識和理解徑流式葉輪機械內部非定常流動的特徵和作用機制，為徑流式葉輪機械的最佳化設計提供理論參考。
結題摘要
本課題以1.5級離心壓縮機為研究對象採用實驗和數值方法主要研究了徑流式葉輪機械中的靜葉時序效應。首先，開展了低速離心壓縮機靜葉時序效應的研究。詳細測量了實驗壓縮機在三個典型靜葉時序位置的性能曲線，並採用二維熱線對三個典型時序位置設計流量下葉輪出口和葉片擴壓器進口處的瞬時速度進行了詳細測量。發現靜葉時序效應對低速離心式壓縮機多變效率的最大改變數在設計流量下約為2.7％，而在小流量工況下約為3.6%。在考慮了±1.3％的實驗測量誤差影響後，認為靜葉時序效應對實驗壓縮機級氣動效率的影響大於0.1％。並且發現當進口導葉尾跡到達擴壓器葉片壓力面附近時，級效率最高，而當進口導葉尾跡遠離擴壓器葉片壓力面，靠近擴壓器葉片吸力面時，效率最低。其次，開展了較高轉速離心壓縮機靜葉時序效應的數值與實驗研究。在數值研究中採用非線性諧函式法進行數值模擬。結果顯示，進口導葉與葉片擴壓器之間的靜葉時序效應對較高轉速的實驗壓縮機的氣動性能的影響較為微弱。但靜葉時序效應對擴壓器葉片所受的非定常氣動力影響較大。通過調整進口導葉的時序位置擴壓器葉片所受的非定常氣動力最多可以降低30.68%。而實驗結果顯示，實驗壓縮機的總壓比受靜葉時序效應影響較小，但多變效率受時序效應影響較為顯著，在設計工況下多變效率隨靜葉時序位置的最大改變數為0.564%，在大流量工況約為0.772%。當改變進口導葉的安裝角時，靜葉時序效應的影響明顯加強，在進口導葉安裝角為-45°大流量工況時，多變效率隨靜葉時序位置的最大改變數增大為1.207%。此外，對離心葉輪出口區域流動分離的影響因素和控制方法進行了數值研究。發現：對於半開式離心葉輪，不論葉輪的擴壓度多大，設計工況下在離心葉輪的出口區域靠近輪蓋一側均會出現流動分離，且流動分離區的大小隨著葉輪擴壓度的增加而增大；減小葉輪出口近輪蓋側的葉片載荷可以有效地抑制葉輪出口的流動分離，但並不能將該分離區徹底消除；葉頂間隙對離心葉輪出口流動分離區的大小有顯著影響，但並非間隙越小,分離區越小；適當增大擴壓器進口收斂角可以有效地抑制葉輪出口區域的流動分離。最後，對長短葉片離心葉輪對葉片擴壓器內部流場影響進行了數值和實驗研究, 發現在葉輪出口的氣流是呈高度扭曲的，葉輪的長短葉片的掃略會的產生不同的葉片擴壓器進口氣流角，從而會影響擴壓器內部的流場。
