兩級(jí)動(dòng)葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)失速演化過(guò)程的流固耦合研究.pdf

1、動(dòng)葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)以其流量大、變工況時(shí)經(jīng)濟(jì)性好、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢(shì)得到了廣泛的應(yīng)用，而風(fēng)機(jī)參數(shù)的不斷提高使得葉輪的工作環(huán)境更加惡劣，風(fēng)機(jī)運(yùn)行中葉輪出現(xiàn)裂紋進(jìn)而發(fā)生葉片斷裂的事故時(shí)有發(fā)生。非穩(wěn)定流動(dòng)現(xiàn)象旋轉(zhuǎn)失速是引發(fā)葉片斷裂的重要原因之一，因此研究旋轉(zhuǎn)失速對(duì)葉輪動(dòng)力特性的影響具有重要意義。
　　本文以某電站兩級(jí)動(dòng)葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，利用數(shù)值模擬軟件 Fluent對(duì)風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了旋轉(zhuǎn)失速演化過(guò)程中五個(gè)典型

2、時(shí)刻，設(shè)計(jì)工況、近失速工況、失速先兆工況、失速發(fā)展工況、完整失速團(tuán)工況的流場(chǎng)特性。結(jié)果表明，旋轉(zhuǎn)失速發(fā)生后，葉輪內(nèi)部流場(chǎng)變化明顯。失速最先產(chǎn)生在部分流道的葉頂附近，呈現(xiàn)出一個(gè)帶狀高熵產(chǎn)區(qū)。隨著旋轉(zhuǎn)失速的逐步演化，高熵產(chǎn)區(qū)擴(kuò)大，葉輪流道內(nèi)出現(xiàn)三個(gè)分散的高熵產(chǎn)區(qū)。最終三個(gè)小失速團(tuán)聚集為一個(gè)大失速團(tuán)，旋轉(zhuǎn)失速達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。
　　以風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)失速的流場(chǎng)特性為基礎(chǔ)，利用仿真分析軟件Ansys對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)行了流固耦合特性分析。結(jié)果表明，旋轉(zhuǎn)

3、失速發(fā)生后，葉輪的等效應(yīng)力分布變化較小，但總變形分布呈現(xiàn)明顯的周向不均，氣動(dòng)載荷的變化對(duì)葉輪總變形分布具有顯著影響。完全失速工況下，葉輪最大總變形位于失速團(tuán)中心所在區(qū)域的葉頂前緣，較設(shè)計(jì)工況最大總變形量增大了133.3％。對(duì)葉輪進(jìn)行了不同載荷下的模態(tài)分析，離心力載荷對(duì)葉輪的固有頻率和振型具有一定影響，氣動(dòng)載荷影響很小。對(duì)于轉(zhuǎn)速在1400r/min-1535r/min(避開(kāi)率為-6%~3%)范圍內(nèi)，葉輪存在k=m=10的“三重點(diǎn)”共振。共