帶尾緣吹氣的葉輪機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)和氣動(dòng)噪聲問題的研究.pdf

1、動(dòng)靜干擾和尾跡是葉輪機(jī)械主要的非穩(wěn)定流場(chǎng)形式，采用尾緣吹氣能夠降低動(dòng)靜干涉噪聲、降低下游葉片的疲勞損失和降低機(jī)組總的氣動(dòng)噪聲等，研究和掌握其流動(dòng)特性和流動(dòng)控制方式，對(duì)提高機(jī)組的整體性能意義重大。 實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬是研究葉輪機(jī)械內(nèi)部流場(chǎng)的兩種基本方法，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各類先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，如熱線風(fēng)速儀和粒子圖像測(cè)速儀，為實(shí)驗(yàn)研究提供了新的測(cè)量方式；同時(shí)計(jì)算機(jī)性能的飛速提高和計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)的日趨完善，基于求解三維粘性

2、Navier-Stokes方程的數(shù)值模擬方法為葉輪機(jī)械內(nèi)部流場(chǎng)的研究提供了強(qiáng)大的手段。本文正是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法來(lái)研究尾緣吹氣對(duì)低速風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲的影響。 本文主要研究?jī)?nèi)容和研究成果如下： 1、根據(jù)研究的要求，設(shè)計(jì)加工了實(shí)驗(yàn)用靜子模型，并設(shè)計(jì)了靜子尾緣吹氣的裝置，保證了靜子尾緣吹氣的連續(xù)性和均勻性，使靜子尾緣在不同吹氣條件下，能達(dá)到所需要的尾跡特征，即純尾跡、弱尾跡、無(wú)動(dòng)量虧損尾跡、噴射四種尾跡特征。

3、 2、根據(jù)國(guó)家通風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，搭建了性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)，得到了在靜子尾緣不同吹氣條件下模型風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的空氣動(dòng)力學(xué)性能曲線，性能結(jié)果表明，靜子尾緣吹氣在吹氣流量為模型風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)流量的1.8％時(shí)達(dá)到無(wú)動(dòng)量虧損尾跡時(shí)，動(dòng)葉的氣動(dòng)性能變化不大，說明靜子尾緣吹氣對(duì)動(dòng)葉的氣動(dòng)性能基本沒有影響。 3、使用熱線風(fēng)速儀和PIV測(cè)量了靜子尾跡區(qū)的詳細(xì)流動(dòng)特征，得到了純尾跡、弱尾跡、無(wú)動(dòng)量虧損尾跡、噴射四種尾跡的流動(dòng)特征。通過軸向速度分布、湍

4、流長(zhǎng)度尺度分布、尾跡特征長(zhǎng)度等重要的尾跡參數(shù)描述了靜子不同尾跡的流動(dòng)特征。結(jié)果表明通過靜子尾緣吹氣，可以填平速度虧損區(qū)，獲得無(wú)動(dòng)量虧損尾跡。無(wú)動(dòng)量虧損尾跡可以消除靜子尾緣的渦脫落頻率以及其諧波值，吹氣改變了靜子的渦脫落特性，吹氣后可以減小靜子的尾跡寬度。同時(shí)，使用了數(shù)值模擬對(duì)尾跡區(qū)的流動(dòng)進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，通過不同湍流模型計(jì)算結(jié)果的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)SST湍流模型適合模擬尾跡區(qū)的流動(dòng)。通過和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，CFD模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，并從數(shù)

5、值計(jì)算中提取了速度、壓力和湍動(dòng)能等參數(shù)繼續(xù)描述尾跡流動(dòng)。 4、使用熱線風(fēng)速儀和PIV測(cè)量了靜子尾跡與動(dòng)葉相互干涉的流場(chǎng)，得到了靜子尾跡在下游動(dòng)葉排中的傳播規(guī)律。熱線測(cè)量結(jié)果表明，靜子尾緣吹氣不但消除了靜子尾緣的脫落渦，而且還減弱了下游動(dòng)葉的周期性影響。通過靜子與動(dòng)葉的全流場(chǎng)數(shù)值模擬，詳細(xì)給出了靜子風(fēng)機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的壓力分布、渦量和湍動(dòng)能等參數(shù)，對(duì)比了純尾跡和無(wú)動(dòng)量虧損尾跡狀態(tài)時(shí)不同的分布規(guī)律。數(shù)值計(jì)算和PIV測(cè)量結(jié)果都揭示了靜子尾跡在

6、動(dòng)葉流道內(nèi)的傳播規(guī)律，通過靜子尾緣吹氣，使動(dòng)葉的入口流場(chǎng)均勻，速度波動(dòng)較小。 5、利用聲級(jí)計(jì)和頻譜分析儀測(cè)量了靜子尾跡與動(dòng)葉相互干涉的總聲壓級(jí)、噪聲頻譜，得到了模型風(fēng)機(jī)系統(tǒng)噪聲輻射的特性。對(duì)模型風(fēng)機(jī)系統(tǒng)噪聲預(yù)測(cè)方法采用CFD+FW-H混合方法，使用尾緣渦脫落噪聲模型和Lowson關(guān)于離散頻率噪聲的點(diǎn)力模型預(yù)測(cè)了純尾跡和無(wú)動(dòng)量虧損尾跡與動(dòng)葉相互作用的寬頻噪聲和離散噪聲，實(shí)驗(yàn)測(cè)量和噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果均表明靜子尾緣吹氣能夠降低系統(tǒng)的噪聲，尤