有关失速喘振和抢风的分析.ppt

1.机翼理论的应用传统上二维机翼或叶栅的性能资料只应用于轴流式泵与风机，但是最近的研究显示，它们也同样能应用于离心式和混流式泵与风机。二、边界层理论第5页,共22页，星期六，2024年，5月2.边界层的基本概念叶轮机械叶轮流道内流体的线速度一般比较高，从而雷诺数比较大。流体流过流道时，可以看作是流体绕流叶片，叶片一般都作成机翼形状，因此完全可以利用流体绕流机翼的相关理论来分析叶轮内流情况。在紧靠物体表面的薄层内，流速将由物体表面上的零值迅速地增加到与来流速度相同数量级的薄层称为边界层。二、边界层理论第6页,共22页，星期六，2024年，5月三、边界层分离和脱流冲角的概念以及冲角和流量之间的关系流体进入叶道或绕流机翼时，相对速度或绕流速度的方向和叶片进口切线之间的夹角称为冲角，用δ表示，如图所示。当流量等于设计流量时，流体沿叶片切线方向流入，即β1=β1y，此时冲角δ=0，不存在冲击损失；当流量小于设计流量时，β1y＞β1，则δ=β1y－β1＞0，称为正冲角；当流量小于设计流量时，β1y－β1，则δ=β1y－β1＜0，称为负冲角。在机翼理论中，一般用α表示冲角。（a）正冲角（b）负冲角第7页,共22页，星期六，2024年，5月流体经过机翼翼型（或叶片叶型）的流动如图所示，以υ∞和p∞表示无穷远处流体流动所具有的速度和压强。流体绕过翼型前驻点后，沿上表面的流速先增加，一直增加到曲面上某一点M，然后降低。粘性流体在压强降低区域内流动（加速流动）时，不会出现边界层分离，只有在压强升高区内流动（减速流动）时，才有可能出现分离，形成旋涡。尤其在主流的减速足够大的情况下，边界层的分离就一定会发生。减速升压区的减速程度和过流表面的曲率有关，曲率越大，越容易边界层分离，因此，为了防止边界层分离，一般将绕流物体作成圆头尖尾的所谓流线型物体（如叶片叶型和机翼翼型）。目录目录上页下页封底封面三、边界层分离和脱流2.曲面边界层的分离现象图叶片的正常工况和脱流工况第8页,共22页，星期六，2024年，5月三、边界层分离和脱流3.机翼绕流的脱流与失速泵与风机进入不稳定工况区运行，其叶片上将产生旋转脱流，可能使叶片发生共振，造成叶片疲劳断裂。现以轴流式风机为例说明旋转脱流及其引起的振动。当风机处于正常工况运行时。冲角等于零或小于临界冲角，随着冲角的增大，在叶片后缘点附近产生旋涡，而且气流开始从上表面分离。当冲角超过某一临界值时，气流在叶片背部的流动遭到破坏，升力减小，阻力却急剧增加，这种现象称为“脱流”或“失速”。如果脱流现象发生在风机的叶道内，则脱流将对叶道造成阻塞，使叶道内的阻力增大，同时风压也随之而迅速降低。第9页,共22页，星期六，2024年，5月目录目录上页下页封底封面四、旋转脱流或旋转失速风机的叶片由于加工及安装等原因不可能有完全相同的形状和安装角，同时流体的来流流向也不会完全均匀，因此，当运行工况变化而使流动方向发生偏离时，在各个叶片进口的冲角就不可能完全相同。随着流量的减小，如果某一个叶片进口处的冲角达到临界值时，就首先在该叶片上发生脱流，而不会所有叶片都同时发生脱流。在图中，假设在叶道2首先由于脱流而出现气流阻塞现象，叶道受阻塞后，通过的流量减少，在该叶道前形成低速停滞区，于是原来进入叶道2的气流只能分流进入叶道1和叶道3。这两股分流来的气流又与原来进入叶道1和叶道3的气流汇合，从而改变了原来进入叶道1和叶道3的气流方向，使流入叶道1的气流冲角减小，而流入叶道3的冲角增大。因此分流的结果，将使叶道1下部叶片的绕流情况有所改善，脱流的可能性减少，甚至消失；而叶道3下部叶片却因冲角增大而促使其发生脱流。叶道3发生脱流后又形成阻塞，使叶道3前的气流发生分流，其结果又促使叶道4内发生脱流和阻塞。这种现象继续下去，使脱流现象造成的阻塞区域沿着与叶轮旋转相反的方向移动。此种现象称之为旋转脱流或旋转失速。第10页,共22页，星期六，2024年，5月目录目录上页下页封底封面四、旋转脱流或旋转失速从前面的分析可以看出，旋转脱流或旋转失速属于流体绕流叶片或叶轮的流体动力特性范畴，它受到叶片形状、流量、加工等影响，具体而言，为了避免失速发生，有以下几个措施：第一、采用机翼型叶片，使叶片后部曲率较小；第二、在设计流量附近运行；第三、提高叶轮的加工精度。第11页,共22页，星期六，2024年，5月目录目录上页下页封底封面五、喘振喘振的概念若具有驼蜂形性能曲线的泵与风机在不稳定区域内运行，而管路系统中的容量又