葉頂開槽對冷卻塔風(fēng)機氣動性能影響的數(shù)值研究.pdf

1、軸流風(fēng)機具有成本低、適合大流量場合等優(yōu)點，在焦化、鋼鐵、石油、熱電等行業(yè)的機力通風(fēng)冷卻塔上廣泛應(yīng)用，是工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中的第二大耗能設(shè)備。軸流風(fēng)機運行效率的高低將直接決定風(fēng)機能耗的大小，同時其氣流脈動特性決定了風(fēng)機部件及風(fēng)筒的使用壽命。提高風(fēng)機的效率、降低氣流的脈動一直是國內(nèi)外學(xué)者、企業(yè)的重要研究課題。
　　本文以在機力通風(fēng)冷卻塔中廣泛應(yīng)用的LF92型風(fēng)機作為研究對象，對其氣動性能進行了現(xiàn)場實驗，并釆用三維數(shù)值模擬對風(fēng)機進行了定常與

2、非定常計算。研究表明，風(fēng)機外特性的數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果一致；實驗及數(shù)值研究均表明，該風(fēng)機存在運行效率較低，風(fēng)筒處氣流脈動強度較大的問題。
　　針對上述問題，在總結(jié)國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上，本文通過在風(fēng)機葉頂處開非通凹槽的方案對葉片進行改型，通過三維數(shù)值模擬研究了開槽系數(shù)k和凹槽深度h對風(fēng)機性能的影響，開槽系數(shù)取0.3、0.5和0.75，開槽深度取3mm、5mm和8mm，共對比分析了5種開槽方案。研究結(jié)果表明：風(fēng)機葉頂開非通凹槽后，葉頂

3、間隙內(nèi)的湍流強度明顯提高，在葉頂間隙內(nèi)，靠近葉片位置出現(xiàn)了與泄漏流流動方向相反的二次流，并形成間隙渦降低了泄漏流的通過截面積，起到降低泄漏流流量的流動控制效果。通過對不同凹槽結(jié)構(gòu)的對比，發(fā)現(xiàn)開槽系數(shù)對風(fēng)機氣動性能的影響大于開槽深度。在所有改型方案中，k為0.75、h等于5mm的流動控制方案最佳，葉頂間隙泄漏量較原型風(fēng)機下降15.79％，輸入功率下降5.49%，同時壓力脈動最明顯的監(jiān)控點的主頻幅值下降43%。
　　為了進一步改善風(fēng)機

4、的氣動性能，在上述研究基礎(chǔ)上，將氣動性能最優(yōu)的k0.75h5非通凹槽模型改為非通單排篦齒模型，并進行了定常及非定常數(shù)值模擬。研究結(jié)果表明：篦齒型開槽的氣動性能較k0.75h5又有了明顯的提升，輸入功率較原型風(fēng)機下降7.96%。由于間隙渦移動至葉頂間隙內(nèi)靠近葉片壓力面的位置，且間隙渦的湍動能強度增加，進一步增強了對泄漏流的控制效果，使泄漏量較原型風(fēng)機下降19.74%，壓力脈動最明顯監(jiān)控點的壓力變化幅度、壓力脈動強度及主頻幅值下降超過90%