帶尾緣吹氣的葉輪機(jī)械內(nèi)部流動和氣動噪聲問題的研究.pdf

1、動靜干擾和尾跡是葉輪機(jī)械主要的非穩(wěn)定流場形式，采用尾緣吹氣能夠降低動靜干涉噪聲、降低下游葉片的疲勞損失和降低機(jī)組總的氣動噪聲等，研究和掌握其流動特性和流動控制方式，對提高機(jī)組的整體性能意義重大。 實(shí)驗(yàn)測量和數(shù)值模擬是研究葉輪機(jī)械內(nèi)部流場的兩種基本方法，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各類先進(jìn)的測量技術(shù)的不斷發(fā)展，如熱線風(fēng)速儀和粒子圖像測速儀，為實(shí)驗(yàn)研究提供了新的測量方式；同時計(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)部流場的研究提供了強(qiáng)大的手段。本文正是通過實(shí)驗(yàn)測量和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法來研究尾緣吹氣對低速風(fēng)機(jī)氣動噪聲的影響。 本文主要研究內(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、無動量虧損尾跡、噴射四種尾跡特征。

3、 2、根據(jù)國家通風(fēng)機(jī)空氣動力學(xué)性能測試標(biāo)準(zhǔn)，搭建了性能測試試驗(yàn)臺，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％時達(dá)到無動量虧損尾跡時，動葉的氣動性能變化不大，說明靜子尾緣吹氣對動葉的氣動性能基本沒有影響。 3、使用熱線風(fēng)速儀和PIV測量了靜子尾跡區(qū)的詳細(xì)流動特征，得到了純尾跡、弱尾跡、無動量虧損尾跡、噴射四種尾跡的流動特征。通過軸向速度分布、湍

4、流長度尺度分布、尾跡特征長度等重要的尾跡參數(shù)描述了靜子不同尾跡的流動特征。結(jié)果表明通過靜子尾緣吹氣，可以填平速度虧損區(qū)，獲得無動量虧損尾跡。無動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，使用了數(shù)值模擬對尾跡區(qū)的流動進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，通過不同湍流模型計(jì)算結(jié)果的對比，發(fā)現(xiàn)SST湍流模型適合模擬尾跡區(qū)的流動。通過和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比，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、壓力和湍動能等參數(shù)繼續(xù)描述尾跡流動。 4、使用熱線風(fēng)速儀和PIV測量了靜子尾跡與動葉相互干涉的流場，得到了靜子尾跡在下游動葉排中的傳播規(guī)律。熱線測量結(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葉的周期性影響。通過靜子與動葉的全流場數(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、渦量和湍動能等參數(shù)，對比了純尾跡和無動量虧損尾跡狀態(tài)時不同的分布規(guī)律。數(shù)值計(jì)算和PIV測量結(jié)果都揭示了靜子尾跡在

6、動葉流道內(nèi)的傳播規(guī)律，通過靜子尾緣吹氣，使動葉的入口流場均勻，速度波動較小。 5、利用聲級計(jì)和頻譜分析儀測量了靜子尾跡與動葉相互干涉的總聲壓級、噪聲頻譜，得到了模型風(fēng)機(jī)系統(tǒng)噪聲輻射的特性。對模型風(fēng)機(jī)系統(tǒng)噪聲預(yù)測方法采用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)測了純尾跡和無動量虧損尾跡與動葉相互作用的寬頻噪聲和離散噪聲，實(shí)驗(yàn)測量和噪聲預(yù)測結(jié)果均表明靜子尾緣吹氣能夠降低系統(tǒng)的噪聲，尤