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三级轴流风机的工况性能数值阐发!

因为跨音速风洞试验工况范围很广,要求多级高压轴流风机具有宽广的稳定工作范围和较高的运行效率,而满足这种要求的风机应该是具有大流量系数和高压力系数气动性能特点的多级高压轴流风机。这类风机需要在较大的转速范围内工作,而不同转速工作时压缩性变化比较大,因而设计出能在额定转速下以较高效率工作,又能同时满足高、低转速工况要求的轴流风机是一项具有挑战性的工作。CFD数值模拟阐发为检验轴流风机设计的可靠性和风机性能预测提供了一种强有力的手段。
1.计算模型与方法
三级轴流风机的数值计算从集流器进口开始一直到扩散段出口,整个内流道为计算域。计算域内的流场用HyperMeshApp生成面网格,用T-gridApp生成体网格。由于叶片为复杂曲面,全部采用非结构化的四面体网格,网格总数约为1036万。
三级轴流风机的计算网格
流动计算采用FLUENTApp,计算域进口给定为质量流量进口,假设来流均匀且垂直于进口截面,出口设为压力边界条件,固体壁面采用无滑移假设,动叶区与静叶区的交界面设为interface并采用多参考坐标系法(MultipleReferenceFrame,MRF)处理。湍流模型选用RNGk- epsilon和标准壁面函数。可压缩计算时认为流体介质为完全气体,给定进口温度300K,所有固体壁面均假设为绝热壁面。
计算均采用SIMPLE压力速度耦合方法进行,计算时先用一阶迎风离散差分格式得到初值,然后改用二阶迎风格式得到精度更高的较终解。整个迭代过程监控控制方程残差和计算域进、出口面平均总压等变化,达到数值收敛和物理收敛后停止计算。
2.可压缩计算结果阐发
利用上述方法对所创立的三级高压轴流风机模型在3个典型工作转速下,即63%,100%(风洞常用试验工况时的轴流风机转速),156%工作转速进行了详细的计算。计算时每个转速都抉择了包括设计点在内的5~6个流量点并按可压缩模型进行计算,阐发时结合计算得到的气动性能曲线,流场信息与该三级轴流风机模型级换算得到的气动性能曲线进行对比阐发。

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