轴流泵压缩机端壁区流场数值及实验研究综述.pdfVIP

Journa1 o uan nr o n an no1o 文章编号：1000-5722（2003 ）04-0069-04 轴流泵压缩机端壁区流场数值及实验研究综述 1 2 1 2 2 杨昌明 ，陈次昌 ，王金诺 ，季全凯 ，夏鹏飞 （1. 西南交通大学机械工程研究所，四川成都 610031 ；2. 西华大学能源与环境工程系，四川成都 610039 ） 摘 要： 本文作者对轴流式压缩机叶轮端壁区流场数值模拟与实验测试的研究进展的综述，提出轴流 泵端壁区复杂流动研究的必要性和重要意义。总结了粘性流动的处理方式以及求解不可压湍流流动的方法。 并对轴流泵/ 压缩机端壁区流动的研究方向与研究手段进行了展望。 关键词： 轴流泵；压缩机；数值研究；实验研究 中图分类号：TH312 文献标识码：A 0 前言 涉，加之叶片间二次流的影响，产生各种旋涡，导致很 大的流动损失。在轮毂附近，环状边界层、叶片表面边 泵是广泛使用的通用机械之一，耗电量约占全国 总发电量的25% ，其中轴流泵占有相当大的比例。文 界层和二次流也同样造成损失。总之，端壁区域的流 献［1］对轴流泵概况、设计方法现状、叶轮结构参数和 动极其复杂，三元粘性效应对压缩机性能的改善和效 叶栅几何参数选择、试验和性能预测，以及进水和出水 率的提高产生极为不利的影响。因此，建立合理的流 流道的研究进行了全面的综述。我国轴流泵水力模型 动模型，准确地预测这些现象的影响是提高轴流式压 的效率，从总体上看比国外先进水平低1% ～ 3% 。对 缩机的设计精度和效率的关键。 能源紧缺的我国来说，即使轴流泵的效率提高1% ，所 轴流式压缩机内部流动的研究主要有两个方面， 带来的经济效益也十分可观。加之我国“南水北调” 一是流场测试，二是数值模拟。由于旋转叶轮内部流 大型工程正积极准备实施，迫切需要高效轴流泵。而 场测试比较困难以及计算机技术的迅速发展，轴流式 由于对泵内真实流动现象，特别是叶片顶部端壁区的 压缩机内部流动数值模拟的研究相当活跃。就流体介 研究还不深入，目前轴流泵的传统设计方法如升力法、 质粘性而言，轴流式压缩机内部流动计算的处理方法 奇点分布法等均未考虑上述复杂流动现象的影响，显 大致可分为三类： 然不能满足高性能轴流泵设计的需要。文献［2 ］指出 1）三元无粘性流或势流预测方法，即假定整个流 采用CAD-CFD 系统，依据三维湍流场的预测结果调 场是无粘的或有势的。该方法主要基于我国学者吴仲 华［3 ］ 整叶轮相关几何参数，从而保证流态良好，提高效率， 提出的著名的叶轮机械两类相对流面（S1 和S2 ） 将成为现代水力机械的一种新的设计方法。基于 的普遍理论，把一个复杂的三元流动问题分解为两类 CFD 的轴流泵内流场分析及端壁区复杂流动现象的 二元流动问题来求解，使数学处理和数值计算大为简 准确预测，对进一步提高效率和改善性能具有十分重 化。 要的意义。 2 ）分区计算方法，即把整个流场划分为粘性边界 1 研究进展 层和无粘主流，其经典的研究方法是边界层理论。在 ［4 ］ 1. 1 轴流式压缩机 计算中，通过边界层———