叶顶间隙对低速离心叶轮性能影响及尾缘附近流场分析

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

与轴流压气机相比，离心压气机内部结构复杂，其叶轮内部流动也极为复杂。由于流动复杂胜和试验手段的限制，以及现代计算机和计算技术的发展，数值模拟已经成为研究叶轮内部复杂流动的重要且有效的工具。许多研究表明尾迹对离心叶轮性能和出口流动影响巨大，并且尾迹中心周向位置很大程度受叶顶间隙影响 。随着叶顶间隙的变化，离心叶轮通道内叶顶、机匣壁面附近的低速区也随之变化。而该低速区特别是通道尾部附近的低速区对尾迹的形成及位置影响巨大。深入了解叶轮机械尾缘附近的流场，对设计l生能更好的叶轮机械作用巨大，且叶顶间隙对叶轮机械尾部流嘲性能影响较大。因此为了弄清楚不同叶顶间隙对离心压缩栅陛能及尾缘附近流场的影响，对不同叶顶间隙的离心叶轮进行数值模拟。

2物理模型和计算方法研究对象为低速大尺寸离心压缩机LSCC该叶轮为半开式后向叶轮，共有 20个叶片，出口角是55。▲口直径为 870rnm，进口叶片高度为218mm，出口直径为 1524mm，出口宽度为 141mm。叶轮进171到出1：3叶顶间隙为2.54mm，设计转速 1862rpm，叶顶速度153m/s，设计流量 30kg/s，设计总压比1.14，绝热效率92.2%。为研究不同叶顶间隙对尾迹发展的影响，对不同叶顶间隙进行了计算，这几种 间隙分别为 0.5、1、2倍设计叶顶间隙。采用 Numeca中Autogrid生成结构化网格 ，其中叶片尾缘为钝头结构，尾缘部分采用单独网格块，叶顶间隙采用蝶形网格。主通道在流向、径向、周向网格数分别为17173x43，尾缘网格块网格数为3773xl7，顶部间隙布置 17个网格点。在壁面及尾缘加密，整个计算区域网格约为85万左右。使用k-8计算模型，使用中心差分格式对空间进行离散，时间推进采用四阶龙格-库塔法。计算时采用三重v型”网格循环，CFL数取3。在计算过程中给定压缩机进口和出1边界条件，进口给定总温、总压和气流角，出口给定压缩机质量流量和初始被压。

3计算结果与讨论该压缩机在设计转速下数值计算的等熵效率、绝对总压比在整个工作范围与实验值的比较曲线，如图 1所示。选用文献6-7在 1993、1995年运用三组件激光测速仪对 LSCC叶轮测量的实验值与模型的数值计算值进行比较，以验证上述计算模型的可信来稿日期：2012-l1-l4基金项目：2010年度高等学校博士学科点博导类专项科研基金20106102110023；国家自然科学基金51006084陕西省自然科学 201 1JQ701 8作者简介：高勇强，1988-，男，河南漯河人，硕十研究生，j三要研究方向：叶轮机械气动热力学；楚武利，1962-，男，陕西西安人，博十，教授，主要研究方向：叶轮机械气动热力学

1l2 机 械 设 计 与制 造No.9Sept.2013图7第二阶振型图8第三阶振型Fig.8 The Third Order Modal通过图8可知，第1阶模态主要是弯曲模态，频率为56.978Hz，最大变形量发生在右侧翼箱上部支座处，最大位移为 1.728mm。

第 2阶模态以弯曲模态为主，频率为75.384Hz，最大变形量发生在车架左侧翼箱上部支座处，最大位移为 1.603mm。第 3阶模态主要为扭转模态，频率为1 52.48Hz，最大变形量发生在车架两侧翼箱的底部，最大位移为 1.369mm。和改进前车架的模态相比，第- 阶模态频率降低了 14.937Hz，最大位移减少 0.02mm；第二阶模态频率降低了 2.308Hz，最大位移减少了0.222mm；第三阶模态频率降低了30.52Hz，最大位移减少了0.065mm；总体来说改进后车架的模态频率和低阶模态振型的最大位移都有所改进 ，-定程度上提高了前车架的动刚度，使前车架的整体 能得到了提高。

5结论利用 ANSYS有限元分析软件对 XG958装载机前车架的结构进行了模态分析，并对其进行了形状结构改进，第-阶模态频率降低了 14.937Hz，最大位移减少 0.02mm；第二阶模态频率降低了2.308Hz，最大位移减少了0.222mm；第三阶模态频率降低了30.52Hz，最大位移减少了 0.065mm；改进后前车架的前三阶模态频率和前两阶最大位移都有了明显的降低，提高了前车架结构的整体性能和结构的动刚度。