不同干燥机风机静叶设计点90%叶片高度剖面上的压力分布。从图中不难看出,原型直叶片的进口具有明显的正攻角,端弯叶片的载荷由于分离流动而减小。由于受叶片端部弯曲的影响,三维叶片的攻角几乎为零,并且由于端部流动的改善,载荷甚至略高于原型直叶片。研究了不同静叶对单级风扇级性能的影响。干燥机风机带有三个不同定子叶片的单级风扇级的效率特性。从干燥机风机中不难看出,端部弯曲定子可以有效地提高裕度,但由于定子损耗的增加,级效率降低了1.39%。前缘弯曲引起的叶片反向弯曲效应被叶片正向弯曲叠加所抵消。舞台效率略有提高,高点提高0.26%。失速边界越近,风扇级效率越明显。由于叶尖泄漏流的存在,叶尖压力比与气流角(图中***虚拟线圈所示的面积)之间存在一定的偏差,但通过三维CFD的修正,s2的设计趋势预测了叶尖泄漏流对气动参数径向分布的影响。同时,干燥机风机转子出口顶部的静压力随着定子叶片顶部的功能力的增加而降低(如图21所示,转子叶片出口直径上的静压力)。在方向分布上,将定子出口处的背压设置为接近失速的原型级工况,背压为114451pa,风机的失速裕度进一步从27.1%扩大到48.8%,推迟了叶尖泄漏引起的失速。
在干燥机风机机械中,为了防止旋转叶片和固定壳体之间的摩擦,叶片顶部和壳体之间必须有一定的间隙。由于叶尖间隙的存在,不可避免地会发生泄漏流。泄漏流与主流相互作用形成的泄漏涡将影响涡轮机械的内部流场和气动性能,尤其是效率、干燥机风机噪声和稳定的工作范围。因此,通过改变叶顶间隙形状,对叶顶泄漏流进行综合分析,提高涡轮机械的气动性能具有重要的现实意义和工程参考价值。目前,对叶尖间隙进行了一系列的实验和数值模拟研究,主要集中在叶尖和壳体两个方面。对于叶片顶部,Young等人[4]采用实验方法研究了单槽、双槽和上斜面对涡轮性能的影响。在此基础上,模拟了干燥机风机、类型和位置对轴流风机性能的影响,指出在设计流量下,叶顶双槽结构具有较佳的气动性能,风机效率提高了1.05个百分点。采用FLUENT软件对OB-84动叶可调轴流风机在均匀和非均匀间隙下的性能进行了数值模拟,讨论了不同间隙形状对泄漏流场和间隙损失分布的影响。对多级压缩机表明,叶根倒角还可以减小角区的失速,提高工作范围。干燥机风机带肩端间隙涡轮的研究表明,压力侧和吸入侧后缘槽都可以略微增大叶片顶面传热系数,但吸入侧后缘槽可以减小间隙的泄漏损失。
GAMBIT软件用于干燥机风机模型建立和网格生成。考虑到干燥机风机叶片翼型结构的复杂性和顶部区域的三维流动,首先选择三角形网格划分叶片顶部,并利用尺寸函数对网格进行细化,以保证干燥机风机网格质量。其它区域的网格划分为动叶区域网格作为参考,采用结构化/非结构化混合网格。为了保证精度和网格***性,对原风机在216万、245万、286万和337万网格条件下的性能进行了模拟。结果表明,随着网格数量的增加,总压和效率逐渐接近样本值,337万和286万网格的总压和效率偏差分别为0.085%和0.024%。综合模拟精度和网格数确定了所用的总网格数。这个数字是286万。其中动叶面积198万片,集热器、导叶面积和扩压管网格数分别为30万片、26万片和32万片。由于叶尖间隙的存在,泄漏流将与通道内的主流混合,在吸入面顶角形成泄漏旋涡。在模拟叶尖间隙形状的变化之前,将原始风扇的模拟结果与参考文献中的干燥机风机性能进行了比较。结果表明,在33.31-46.63m3_s-1流量范围内,总压和效率的平均相对误差分别为3.0%和1.5%,表明结果能够反映风机的实际性能。
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