【《分流叶片式离心压气机分析的国内外文献综述》3200字】

分流叶片式离心压气机研究的国内外文献综述1.1分流叶片式离心压气机研究现状鉴于离心压气机的广泛应用，国内外学者对如图1.2的有无分流叶片做过不少研究。早在20世纪70年代，前苏联学者ХлопенковП.Р通过焊接不同的分流叶片结构，发现泵扬程上升20%～95%，大流量区的效率提高12%～18%，同时汽蚀和噪声也得到改善[1]。Jakipse等在设计火箭推动泵时，发现带有分流叶片的叶轮可以相对削减进口堵塞，增大推动泵的过流能力，大大减小汽蚀的发生概率，且水泵性能得到提高，减小压力脉动，扩大水泵的运行范围[2]。Miyamoto等人使用五孔探针的方法，测量叶轮内部流动情况，得出带分流叶片和不带分流叶片的闭式和半开式叶轮内部的速度分布和压力分布，并将测量到的结果进行对比，其研究结果表明：当叶轮带有分流叶片的结构时，叶轮上游部分跨叶片截面处的二次流现象得到削减[3]。1989年Nakashima等人通过实验测量，他们比较和分析带和不带分流叶片的出口流场的均匀性。实验结果表明，分流叶片离心叶轮的二次流现象和流动分离得到改善。随着跨音速叶轮需求的增加，分流叶片的研究进展迅速[4]。戴韧等人对比分析带/不带分流叶片时叶轮性能的变化，从而得出分流叶片在离心叶轮中的作用。在这项研究中，他们获得在不同转速下使用/不使用分流叶片时的性能变化。研究表明，当叶轮转速较低时，分流叶片会降低叶轮的性能，这反映了分流叶片对离心式叶轮性能的影响与叶轮工况和叶轮流道内的流动状态密切相关[5]。王艳等通过添加分流叶片改善叶轮流道流动性能，结果表明，加装分流叶片可以防止气流分离，并降低噪声[6]。有分流叶片无分流叶片图1.2有无分流叶片叶轮图钱泽球等人用数值方法分析分流叶片对叶轮内流场和性能的影响，得出如下结论：无分流叶片的叶轮进口严重堵塞，叶轮内摩擦损失因相对马赫数的增加而增加，如图1.3所示；添置分流叶片后，叶轮出口截面流场参数更加均匀，有利于下游扩压器稳定工作；无分流叶片的叶轮叶尖处的静压沿流动方向增加[7]。有分流叶片无分流叶片图1.3进口相对马赫数分布综上所述，分流叶片的引入不仅可以改变叶轮内部的流场，使得流场更加均匀，也可以防止气流分离，减小噪声。Tamagawa等人对有/无分流叶片的跨声速离心叶轮进行数值仿真，指出在较小的流量工况下，间隙位置周边会形成一个随流量减小而快速增大的低速区，产生的泄漏涡会与分流叶片前缘压力面附近的气流主流混合，以至于快速降低叶顶载荷，能量损失也随之增大[8]。赵晓路三维数值分析带分流叶片的离心叶轮内部气体流动情况，在研究过程中采用S1/S2全三元迭代和三元N-S方程两种方法进行求解。结果显示，分流叶片的存在会限制无粘二次流的发展[9]。周荐辉等人通过全三维数值模拟仿真实验，对高速有分流叶片离心压气机小型叶轮的叶片厚度和子午流道进行优化，结果表明优化后的离心压气机的设计点绝热效率增加2.4%[10]。齐学义等用滑移理论研究分流叶片对叶轮流场的影响，分析多参数对离心压气机性能的影响规律[11]。NYagnesh等采用科学软件数值模拟分流叶片在离心叶轮主叶片1/4处和中间位置、导叶前缘和导叶后缘（如图1.4所示）的离心叶轮的性能。研究显示：在导叶后缘增加分流叶片对离心风机的性能提升最大[12]。轮廓S1轮廓S2轮廓S3轮廓S4图1.4添加分流叶片位置图1.2离心压气机分流叶片型式的研究进展除此之外，分流叶片型式对离心压气机的流场有着直接的影响。很早之前，Krain对带有分流叶片的离心叶轮结构使用L2VF测量技术做了相关实验测量，试验结果表明：在分流叶片左右2个流道内的气体流动情况存在少许差异，左流道的尾迹区发展较差，右流道的尾迹区发展较充分。该试验所得到的数据为后来的数值模拟工作提供强有力的帮助[13]。Ibaraki等采用LDV测试和数值分析的方法对添置了双级分流叶片的离心叶轮进行研究[14]。Millour使用经简化粘性力的三维欧拉分析方法进行研究分析，发现引入分流叶片，会降低主叶片所受压力载荷，同时叶轮出口射流－尾流结构也得到良好的改善[15]。Asuaje等通过数值分析的方法，研究分流叶片对改善叶轮出口流动的规律，结果显示滑移系数会随叶片数目的增多而增大，且分流叶片的引入会带来出奇的减振效果[16]。2004年Higashimori设计一个总压比为11，叶尖马赫数为1.6的高超声速三级对称带分流叶片的型式离心叶轮，并对其开展相关实验研究。实验结果显示：采用多级分流叶片的型式的离心叶轮时，流道中激波与泄漏流之间相互作用得到削减，尾缘的流动分离也得到有效的抑制[17]。Rodrigo等人通过数值模拟仿真的研究手段，通过软件改变高压比的离心压气机主叶片与分流叶片前缘掠角的参数，模拟高压比离心压气机的气动性能变化，得出：采用分流叶片前缘后掠的设计方案，可以扩大离心压气机的工况范围。从此在国内外的高压比的离心式压气机叶轮大量使用分流叶片，科研人员也分析研究带双级分流叶片的离心叶轮的性能，结果发现添加双分流叶片的叶轮的压比得到增加，同时改善叶轮的性能得到一定改善[18]。图1.5带分流叶片叶轮1.3离心压气机分流叶片的长短与周向位置的研究现状国内外学者通常将分流叶片设计于叶轮两相邻主叶片的中间位置，而离心压气机内部流道的周向流动并不一致，从而致使分流叶片的两侧流道内气动性能有较大的差异，因此不同分流叶片周向位置，离心压气机叶轮性能也大大不同。国内外学者针对分流叶片的周向位置对离心压气机性能影响做了大量研究，通过偏置分流叶片的周向位置，分流叶片周边流道内气体流动和叶轮出口处流体流动更加均匀，从而使叶轮和扩压器工作状况稳定，提高压气机的整体气动性能。Dian-Kui等学者经过研究分析得出：采用截短的主叶片作为分流叶片且置于叶轮流道正中间是不合理的，应对分流叶片型式等多个方面进行改型设计[19]。Moussavi,S.Abolfazl等通过优化离心压气机叶轮的分流叶片设计，随着分流叶片入口位置和入流角度改变，离心压气机的气动性和设计点效率有明显的提高，于此同时其喘振点会下移，运行裕度小幅扩大[20]。Xu探索并分析分流叶片周向位置改变对离心压气机性能的影响（如图1.6所示），结果发现当分流叶片周向位置改变到一定位置时，离心机叶轮出口流场均匀，性能有明显提升[21]。图1.6分流叶片位置图Curtin在实验过程中，发现分流叶片轴向位置偏置会影响叶轮的正常运行[22]。刘飞、蔡兆麟通过数值模拟的方法，对带有分流叶片的离心压气机进行研究分析，总结出流体在压气机各流道中的流动特点，在此基础上对比研究在不同的蜗壳型式、分流叶片周向位置和不同扩压器宽度的情况下，离心压气机的气动性能会有如何变化[23]。初雷哲等对微小离心叶轮进行数值仿真模拟，研究叶片数和分流叶片位置对叶轮气动性能的影响。研究显示：叶片数增加，叶轮性能曲线发生左移，单叶片压力载荷会降低，叶片摩擦损失增加，叶轮整体效率降低，但是离心压气机的压比得到提高;当分流叶片的位置靠近主叶片的压力面时，叶轮的气动性能曲线右移，流通能力提高，于此同时分流叶片的压力载荷会增大。当分流叶片位置偏向主叶片的吸力面时，情况相反[24]。何敏祥等人通过实验研究分流叶片的最佳位置，结果表明：当叶轮间隙的改变的同时，通道内的损失机理也随之发生变化，分流叶片最佳位置同样发生改变[25]。陈杰等人通过研究发现，改变分流叶片前缘的位置，流道内的静压分布会得到优化，流动分离带来的损失也会随之改变，从而提升了离心压气机的整体性能[26]。刘瑞韬、徐忠等使用Fine/Turbo现代数值模拟软件分析分流叶片数以及叶片位置对离心压气机的影响（如图1.3所示）。研究结果显示：在叶轮出口截面处附近，分流叶片周边的速度分布并不完全一致，右流道的速度变化比左流道的速度变化更为剧烈，并且右通道在靠近轮盘处的速度比左通道的大[27]。叶片数和效率关系叶片数与压比关系图1.7叶片数对压气机的影响李延宾等通过数值研究手段得出，随着叶轮的叶片数变化，分流叶片的最佳长度也随之变化。在数值研究中，当叶轮上的叶片数为某一定值时，分流叶片的长度为主叶片长度的3