进口预旋对多级离心压缩机级间弯道气动性能的影响.pdf

中国工程热物理学会 热机气动热力学 学术会议论文 编号：062017 进口预旋对多级离心压缩机级间弯道 气动性能的影响 王企鲲陈康民 (动力工程学院上海理工犬学上海200093) 摘要：利用CFD技术，数值研究了来流周向预旋对多级离心压缩机级问弯道与回流叶栅等静止部件 内气动性能的影响．研究结果表明：弯道内均存在不同程度的流动分离，且分离区的大小随来流周向 预旋的增强而增大；降低来流周向预旋能有效地抑制弯道内流动分离，并能使弯道出口(即回流叶栅 进口)气流更趋于均匀，这有助于提高回流叶栅的气动性能：回流叶栅内的流动是非均匀、不稳定、 剧烈分离的旋涡流动．沿主流方向，存在着复杂的二次涡结构，这些二次流旋涡随主流经历着明显的 “初生、发展、耗散、溃灭”的过程． 关键词： 多级离心压缩机；回流叶栅；弯道；来流周向预旋；气动性能；二次流 1．引言 多级离心压缩机的整机性能不仅取决于各级动叶本身的气动性能，而且与级问的连 接部件，如扩压器、弯道、回流叶栅等气动性能密切相关。扩压器将上级叶轮出口动能 尽最大可能转化为压力位能，而回流叶栅则将流过1800弯道后的旋转气流，经导向叶栅 消除漩流，并达到下一级叶轮入口的流动设计要求。由于结构紧凑，气流经弯道1800 转折后，易产生显著分离，并在回流叶栅入口前形成漩流．这种漩流在回流叶栅内易产 生新的分离，使出口气流偏离下一级叶轮的设计条件。影响叶轮的工作状况，并可能产 生堵塞、失速等流动恶化现象． 近年来离心压缩机内部流动的研究主要集中在叶轮、以及叶轮与扩压器之间的动、 静相互作用．无论是实验研究还是数值模拟都取得了很大进展Il棚．但迄今为止，对离 心压缩机弯道与回流叶栅内流动机理的研究文献极少． 。 本文尝试运用新近发展的CFD数值计算方法，对某型二级离心式压缩机的弯道与 回流叶栅内的流动进行数值模拟，重点研究弯道进口来流的周向预旋对弯道及回流叶栅 气动性能的影响，旨在寻求一种通过调整入口来流周向预旋来抑制流动分离、提高弯道 与回流叶栅的气动性能的新途径。 2数值模型与计算方法 。 图l是本文所研究的某型多级离心压缩机级间弯道与回流叶栅计算域子午面示意 图，图中标出了各个主要截面的位置。回流nl‘栅由14个回流nl‘片组成。 ’ 推进．湍流模型选用Spalart-Allmaras一方程模型。 叶轮采用H型网格，前缘和尾缘作为钝体处理。主流道块的网格沿跨叶面、叶高和 76 流向的分布为65X65×225。整个计算域 网格总数近100万。采用高性能并行机计 。．。 出口．即 算。在叶片近壁面，叶栅端壁、头尾缘等流 ：_：=二 ) … 动复杂区域，对网格进行了局部加密以提高 这些区域内解的分辨率，达到了网格法向无通往上 量纲尺寸y+=20 级动叶 对于亚音速的进口边界，进口给定总温、出口 总压，以及来流方向；出口给定背压，并调 整背压，以满足一定的流量。叶片表面与内、 外端壁采用无滑移边界条件。在叶栅前后延伸 段的交接面采用周期性边界条件。为了加快收敛 速度，计算中采用了“当地时间步长”、“隐式残差 图1．级间弯道与回流叶 光顺”、“多重网格”等加速收敛技术141。