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《进口导叶-叶轮-扩压器非定常相干的数值与实验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第25卷第2期应用力学学报Vol.25No.22008年6月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDMECHANICSJun.2008文章编号:100024939(2008)02202022053进口导叶/叶轮/扩压器非定常相干的数值与实验研究121周莉席光蔡元虎(西北工业大学710072西安)1(西安交通大学710049西安)2摘要:在不同进口导叶预旋角度下,采用非定常的方法对进口导叶/叶轮/扩压器三部件之间非定常相干进行了数值与实验研究,探讨了三部件之间动静相干的机理。结果表明,在进口导叶/叶轮
2、/扩压器三部件相干时,最大的脉动压力出现在叶轮和扩压器之间的动静交界面上。当进口导叶预旋角度存在时,叶轮与扩压器之间无叶区内的非定常流动以叶轮叶片通过频率和1/2叶片通过频率为基频;而当扩压器进口安装角增大时,径向间隙内的流动则主要以1/2叶片通过频率为基频。在不同的配置下,湍流强度和非定常度均有朝向轮盘增加的趋势。在进口导叶正预旋60°同扩压器进口安装角为17°时的配置有增大湍流强度和非定常度的趋势。关键词:进口导叶;叶轮;扩压器;预旋角度;非定常度中图分类号:V23113文献标识码:A缩机的设计和运行
3、可靠性提供理论基础。本文基于1引言此原因,在不同进口导叶预旋角度下,对进口导叶/叶轮/扩压器三部件之间非定常相干进行了数值和叶轮机械内部,动/静叶片排之间相对运动所引实验研究,探讨了三部件之间动静相干的机理。起的非定常性会影响机器的效率、工况范围和运行稳定性等气动性能。近些年来,研究者们对叶轮机2研究对象及实验测量方法械内部的非定常流动进行了大量的研究,而且至今还是研究的热点。从公开发表的文献看,叶轮机械实验是在西安交通大学赛尔机泵研究中心“离心动/静相干非定常流动的研究工作较多地集中在轴式压缩机动静相干
4、非定常流及其激振实验装置”上进[124]流式叶轮机械方面。径流式叶轮机械方面的研行的。该实验装置为一单级离心压缩机级,如图1所究工作相对较少,而且主要研究叶轮与扩压器叶片示。在主轴上装有霍尔元件来测量转速,同时将此信[526]之间的相干非定常流动。而已有进口可调导叶号引入到端子板作为数据采集的外部触发信号。进口方面的工作主要着眼于采用进口可变导叶改变来流导叶、叶轮与扩压器的主要结构尺寸详见表1。本次实[728]预旋条件,以提高机器的总体气动性能。目前有验的工况为:叶轮转速ω=3000r/min;进口体积流
5、量3关进口导叶尾流尤其是大尺寸分离涡团与叶轮及扩Q=2166m/s;总压比π=11109;进口总温T=压器相干非定常作用机制的认识还相当粗浅,开展29115K。在此工况下,基于叶轮叶尖速度和叶轮出口6离心压气机进口导叶与叶轮及其叶片扩压器之间的半径的流动雷诺数为Re=616×10。相干非定常作用机理的研究,可为提高大型离心压为了对级环境下叶片扩压器的瞬时流场进行测3基金项目:国家自然科学基金(50576073);西北工业大学青年科技创新基金;中国博士后科研基金资助(20070411139)来稿日期:200
6、6211203修回日期:2007205218第一作者简介:周莉,女,1978年生,博士,西北工业大学动力与能源学院,讲师;研究方向———叶轮机械非定常流的数值与实验研究。E2mail:zhouli@nwpu.edu.cn第2期周莉,等:进口导叶/叶轮/扩压器非定常相干的数值与实验研究203量,本实验以高频响的X型热膜探针的内迭代。计算所采用的三维网格如图3所示。(Dantec55R54)作为敏感元件来测量瞬态流场的信表1离心压缩机级的主要几何参数息,Dantec公司的智能型恒温式热线热膜风速仪参数进口导叶
7、叶轮扩压器(Dantec90N10)是主要测试仪器。热线探针是从压进口直径/mm222222940缩机的前盖板伸入到扩压器流场中,分别测量位于进口叶片高度/mm1031914318叶轮和扩压器的径向间隙内(r/r2=111055)、叶片出口直径/mm4227961250扩压器的进口截面(r/r2=111809)、中间截面(r/r2出口叶片高度/mm43184318=113116)上的速度分布。由于机械设计的限制,在测量截面上沿周向均布了3个测孔,具体测量位置叶片数152013如图2所示。沿叶高方向(即轴向
8、)确定了10个测量位置(从轮盘到轮盖),到固体壁面的最小距离为318mm。根据检测,本实验系统的频响高达130kHz,速度值的最大测量误差为110%,气流角度的测量误差在2°之内。实验采用了固定热线、锁相采样2系综平均技术来测量离心压缩机级内的瞬时流场,以将周期性非定常信号与随机脉动信号分离开来。锁相技术所要求的参考信号由霍尔元件完成,设置其采样频率为120kHz,采样时间为0102s,即叶轮旋转一周的采样为2400次,这对应
