直板型叶片扩压器流场的实验测量与数值研究

　　在离心式流体机械中,旋转叶轮下游的静止部件叶片扩压器对整机的性能和工况范围影响很大[1,2].目前,对旋转离心叶轮的研究已经比较成熟,叶轮的效率可以达到90%以上[3],但扩压器的研究仍然没有得到突破性的进展,往往限制了整机性能的提高.叶片扩压器内部流动相当复杂[4],为了进一步了解扩压器内部流动现象以及叶轮出口到扩压器叶片进口之间的非定常流动对扩压器内部流场的影响,本文利用激光多普勒测速仪(LDV)对直板型叶片扩压器流场进行了测量和整机非定常数值模拟,将实验测量和数值计算的方法结合起来,分析了扩压器内部的流动现象和流动机理,从而为离心式流体机械的优化设计提供参考,达到改进其整机性能的目的.

　　1　实验研究

　　1.1　实验装置

　　实验装置是按照“GB1236O85通风机空气动力性能试验方法”建立的,主要由实验风机和出口测试管道组成(见图1).

　　实验风机的叶轮为闭式直前盘叶轮,叶轮叶片为后向单圆弧叶片(叶片数Z1=14),扩压器为直板型叶片扩压器(叶片数Z2=12),机壳为矩形截面螺线型机壳.整个实验装置由有机玻璃制成,根据“激光多普勒测量系统的测量要求”[5],在机壳前侧板和扩压器前侧板上的测量范围内均开了窗口,并镶嵌有光学玻璃,以保证透光度.

　　1.2　实验仪器与测量方法

　　测量装置是采用西安交通大学流体机械国家重点学科专业实验室的双探头六光束三维激光多普勒测量系统.LDV测量为单点测量,测量点上测得的速度为测量时间内的平均速度

　　式中:τ为脉冲时间;V为脉冲时间内测量的速度.实验选取了扩压器的一个流道进行三维测量.在扩压器内部分布的测量点数为15×7×5个.轴向均匀地取5个测量平面,每个测量平面上沿半径方向布置着7条圆弧线,沿每条圆弧线等间距分布15个测量点.按同样的方法,在扩压器与叶轮之间的区域处布置了14×4×5个测量点.

　　本次实验分大、中、小流量3个工况(Q/Q0=1·34,1·00,0·59,其中Q/Q0=1·00是风机整机最高效率点),采用LDV对扩压器内部流场进行了测量.

　　2　数值计算

　　为了研究叶轮出口到扩压器叶片进口之间的非定常流动对扩压器内部流场的影响,采用商业数值计算软件FLUENT对风机整场进行了非定常数值模拟[6].根据实验风机的实际结构对其进行建模(见图2,其中叶片扩压器测量流道的网格节点数为25×13×7个).采用RealizablekOε紊流模型进行隐式分离求解,压力和速度耦合采用SIMPLEC算法来实现,并采用滑移网格技术,在滑移界面上传递上下游的流动信息.取时间步长t=60/(nZ1Z2),一个叶轮叶片通过一个扩压器流道需要14个时间步.