离心压气机叶轮设计工况与非设计工况下的性能预测及其流场分析.pdfVIP

中田工墨热键学会+· 热机气动热力学学术会议 墙号；20Im036 离心压气机叶轮设计工况和非设计工况下的性能预测及遂插佥堑： 高爵t 席光 王尚怖 西安交通大学麓动学院赛尔帆系研究中心7lO蚪9 ， 联系电话：位9．26醅783 Em山一窖如20∞@263州 ● 【籀蔓】用两步星式和一步隐式的时问推进法数值求解相对圆柱坐标系下的霄诺平均毒“S方程．攥担 ● 高遵离心叶轮内部的三维牯性流塌．计算是在设计转述下小流量、设计流量以及大掌瞳等9个不同的 t 瘴动工况下进行的．与实验结果比较了三个不同涟t下的轮量周向平均静压．并且对典型通道位置截 C 面的子午速度分布与实验进行丁定量比较，最后得到了转子在设计转速下的压比和等熵效率曲线．研 究结果表明．本文茇晨的数值方法可较好的预潮离心压气及叶轮的性能曲线，可蔓成为工程设计的重 要分析工具． 主量词： 离心叶轮 性能曲线设计工况非设许壬配’数值计算 分类号：Q345．2 1．前言 高速离心叶轮内部流动由于受旋转、曲率、粘性等诸多因囊的影响和相互作用，是 一种十分复杂的三维流动现象，也是考验cFD软件预示复杂流动能力最具挑战牲的例 最之一．文献【1．3】相继报导了采用时均N{方程数值模拟离心叶轮的内部流场工作。 总体来看，已有的数值模拟结果搪捉了叶轮内部许多重要的流动现象，如主流平均流场 射流．尾迹结构的形成与发展等，但从定量上来看，计算值与实验相差仍然较大．另外 发现，众多的数值模拟大多只定性的培出了离心时轮内部舶流场结构，而没有对能够定 量反映其总体性能的效率、压比等参数进行预测。从而不9％将cFD软件直接的用到叶 轮的设计体系中．而这些性能参数对预测的精度非常t辟，如果温度或压力(无论在数 值计算中还是在实验测量中)有一个非常小的误差，就会使这些性能参数产生很大的差 ● 异。本文将对德国宇航院(DFvLR)l缸iII博士【4．61实验研究的现代离心压气机后弯型 · 高亚音速三元叶轮(如图1所示)作为数值 实验的对象，对其内部流场及其气动性艟进 ’ 行预测．并与实验结果进行定量比较． Icrain实验叶轮为后弯型离心压气机高 亚音速直线元素三元叶轮，其后弯角为30．- 共有21个叶片．出口直径是400啪．出口 宽度为14．7廿吼，实验中叶轮后带有一等面 积无叶扩压器．叶轮的设计转速是 田IKnin叶轮 22363r抽．m，设计流量为4．0k曲，相应的总 压比为4．7。．叶失顶部速度为470rn／s．由于}Ⅻn和H_哺嘶衄公开麓衰的实验叶轮叶 一 125 片型线坐标缺少叶轮出口区域叶片的型线坐标[4】，因此本文在计算中所角到的具体叶 型数据来源于文献【7]重新构造补全的K面n实验叶轮的叶片型线。 2．数值分析方法 ol基本控制方程 控制方程为相对圆柱坐标系(r，日，z)下的积分守恒型三