Eckardt叶轮数值计算

1、Eckardt叶轮数值计算一、 引言二、 研究方法本文研究的叶轮为入口轴向进气，工质为理想气体，总温总压入口条件为Pt=1 atm , Tt=288 K，叶轮设计转速为14000 rpm，设计流量为5.31Kg/s，设计压比为2.0。叶顶间隙为前缘0.5mm，尾缘0.7mm，出口直径为400mm，叶片数为20。数值计算选择cfx软件，指定网格数为60万，设置壁面y+为4，最终生成网格数为721160，最终网格如下图所示。选择k-e湍流模型，设置总温总压入口，流量出口。三、 总体性能对比3.1 三个工况点性能对比由下表可看出，在转速14000RPM下，三个流量点的压比和效率偏差均较大，且对比几何

2、结构， 工况点流量总体性能实验值计算值偏差M14.53总压比2.0861.977-5.22%绝热效率86.592.67.05%M25.31总压比2.0941.949-6.9%绝热效率8892.75.36%M36.09总压比2.0611.916-7.03%绝热效率86.892.16.1%3.2 总压特性在转速14000RPM的情况下，出口流量超过7.31kg/s后计算不能收敛，改用压力出口计算，出口静压从5000pa降低至-20000pa,出口流量只能到7.31174kg/s,即cfx计算的阻塞流量偏小，但同一流量点处流量出口和静压出口计算结果偏差较大，故只用流量出口的计算值绘制性能曲线。四、

3、流场细节对比叶轮的子午流道，相关尺寸及测量面位置如下图和表格所示。测量面x/sm0.080.430.590.871.014.1 压力场分析4.1.1 叶轮流道内静压分布下图为流道内压力场分布，cfx的静压为相对压力值，本文设置的参考压力为大气压，对比文献中的压力图，可知压力的范围及分布基本一致，在0.40.7倍叶片弦长方向，靠近轮盖和吸力面侧出现低压区。x/s=0.08x/s=1.01x/s=0.78x/s=0.68x/s=0.59x/s=0.51x/s=0.43x/s=0.26x/s=0.94x/s=0.87SSPSshroudhub4.1.2 叶轮出口总压下图为在M2工况点下，叶轮出口附近

4、截面RR2=1.017绝对总压分布，对比M1工况下的实验数据，可知在吸力面和轮毂侧（A），压力面靠近轮盖侧（B）处存在高压区，在轮盖侧绝对总压均较低，从压力面到吸力面变化不是非常明显，使高压区B位置比实验数据稍微远离轮盖侧。ABCuSSPSHubshroud4.1.3 机匣上静压分布下图为设计点轮盖静压分布，对比实验数据，可以看出在轮盖上静压分布和幅值均与实验数据吻合，在吸力面入口区域存在低压区，由于此区域内发生流动分离。uSSPS4.1.4 叶表静压分布下图为设计点叶表静压分布曲线，可以看出叶轮前部负荷较小，后部负荷较大，在叶轮前部压力面上，沿叶片展向静压分布比实验叶轮略有变化，越接近轮盖静

5、压越大，在吸力面的低压区域静压没有实验值小，计算叶轮载荷更均匀，由于模拟叶轮尾缘后掠，减小了叶片应力，在叶片尾缘负荷略低于实验数据。4.2 速度场分析4.2.1 流道内周向速度分布下图为流道内周向速度分布，从图中可以看出，由于叶片表面流体同叶片无滑移同速转动，而有较高的周向速度；在叶轮后部压力面及轮盖侧存在高周向速度区；叶轮后部叶顶区域速度等值线较密集，即该区域叶轮周向速度梯度较大。x/s=0.08x/s=1.01x/s=0.78x/s=0.68x/s=0.59x/s=0.51x/s=0.43x/s=0.26x/s=0.94x/s=0.87SSPSshroudhub4.2.2 流道内子午速度分

6、布 由下图可以看出在叶轮后部轮盖侧子午速度明显减小，且速度等值线较为密集，此区域即为叶轮的尾迹区。x/s=0.08x/s=1.01x/s=0.78x/s=0.68x/s=0.59x/s=0.51x/s=0.43x/s=0.26x/s=0.94x/s=0.87SSPSshroudhub4.2.3 各测量面子午速度分布4.3 二次流分析下图为叶轮流道内的二次流分布，由于叶顶间隙的存在，在压差的驱动下使得气流从压力面向吸力面流动，形成叶顶泄漏二次流。在叶片表面，由叶轮流道内静压分布图可以看出，叶片表面沿径向压力梯度较小，而通道内径向压力梯度明显大于叶片表面值，在离心力和径向压差作用下，在叶轮折转区流体出现径向流动趋势，形成叶表二次流。叶顶泄漏二次流吸力面叶表二次流压力面叶表二次流4.4 尾迹区下图为blade to bl