大型轴流风机来流条件对内流影响的数值分析

　　大型轴流风机来流条件对内流影响的数值分析刘飞吴克启（华中科技大学能源与动力工程学院，湖北武汉430074）要本文对带有前后导叶以及复杂进气箱的大型轴流引风机的内流特性进行了全三维的数值计算，并且将其性能与着前导叶和动叶的间距增加，风机压升逐渐减小；而其效率呈现出先增加后减小的态势，因为在小间距倩况下，动叶与静叶之间一定程度上的干涉影响了气动性能，当间距增加到一定程度时，继续增加，相应地增加了沿程损失。

　　4.2进口预旋的彩响本文对叶轮进口正负预旋和无预旋情况下的数值计算结果进行了对比，其中正负预旋方案的预旋角分别为20*和-20*在下面的研究分析中，定义rt为叶高，为轮毂半径。

　　为三种不同方案叶轮进出口处周向速度沿径向的分布。叶轮进口处，零预旋情况下，周向速度分布均匀，速度几乎为零；而负预旋时，速度分布沿着翼展方向略微呈现出一定的上升趋势，其值维持在-60tn/s左右；在正预旋时，速度沿着翼展方向呈现递减趋势。叶轮出口处，零预旋时速度分布依然比较均匀，其值在50m/s附近；而负预旋中不同径向位置的周向速度变动较大；正预旋进出口处的速度分布差不多。相比之下，正预旋方案时叶轮的做功能力差；负预旋方案下的做功能力较零预旋更强。

　　（a）叶轮进口（b）叶轮出口叶轮进出口处周向速度沿径向的分布（a）叶轮进口（b）叶轮出口叶轮进出口处全压升系数的分布给定全压升系数的计算公式。* Cp c2）。为三种方案中叶轮进出口处的全压升系数分布。在叶轮进口处，从图中可以看出进口预旋形式较大的影响了引风机进口段的损失。其中，负预旋时总压系数沿径向的变动为明显，而且值小。

　　叶轮出口处，总压升沿着翼展均呈现缓慢的增加趋势。三种方案均显示出沿着翼展方向叶片的做功能力相当。

　　通过比较表明，负预旋虽然加大了叶轮对气体的做功量，同时也明显增大了进口段全压损失且恶砍/铵轴向位置不同间距时的湍流强度分布纵观整个流动区域，两种方案中的湍流强度沿流线方向均表现出了相同的演变规律。由于进气箱结构的复杂性，气流经过后湍流强度有所加强。在前导叶区域，湍流强度逐渐增大，其梯度方向基本上沿着流动方向。在动叶中，湍流强度的变化剧烈，在出口下游的轮毂处出现大值，（a）中大值的位置要靠前。另外，后导叶和动叶间的距离较大，这样的布置是保证从叶轮出来的篼湍流强度的气流有足够的衰减距离，从而避免在后导叶进口处出现较大的流场波动和噪音。

　　5性能对比本文将带前后导叶的设计方案在不同工况点的数值计算的性能曲线与。

　　图中显示数值计算的压力值较实验值篼，效率值要低，变化趋势一致，这有可能为数值计算中动叶的安装角和实验中的偏差所致。另外，在前、后导叶的处理上，数值计算中对几何模型作了一定的近似处理，这也是引起差别的原因之一。随着接下来在轴流引风机中数值计算自身的不断完善，以及数值计算的计算模型与实物模型的更接近，两种结果会更加符合。

　　本文对带有前后导叶和复杂进气箱的轴流引风机进行了全三维的数值计算，其间采用了网格自适应和并行计算的技术，力求更为合理地利用计算资源，提篼计算的速度和精度。本次计算较好地捕捉到了轴流引风机中一些重要的流动特征，得出了一些有价值的流动结构。这些现象充分说明风机内部流动结构非常复杂，而且部件之间的相互关联非常紧密。

　　复杂进气箱中的流动状况不甚理想，其复杂的形状和不合理的轴套结构会增大流动的不稳定性和损失，并引起了下游流动的周向不均匀性，这种不均匀性会影响下游叶轮流道中的流量不均，从而引起每个叶片所受的载荷发生周期性的变化，这种强烈的变化可能诱发叶片大的振动，影响气动性能、降低部件寿命。开展对进气箱形状和轴套结构的改进工作有必要。

　　通过对比不同的预旋方案，发现在零预旋情况下叶片翼展方向上各处的做功能力相当，而且进气段损失小；正预旋下的做功能力小；负预旋方案虽然加大了叶轮对气体的加功量，同时也明显增大了进口段全压损失且恶化了流场结构。

　　研究了前导叶位置对流动、性能的影响，通过对比得到了相对合理的前导叶位置。