前缘弯掠（扭）斜流转子内流机制的数值分析及实验研究

摘要

本文自行设计并研制了前缘弯掠（扭）斜流转子，在自行设计和集成制造的全自动风机外特性实验台上进行的气动特性测试结果表明，前缘弯掠（扭）斜流转子消除了常规斜流转子在低流量时的失速区域，扩大了运行工况范围。前缘弯掠（扭）斜流转子的计算结果和性能实验结果吻合。文中数值分析了前缘弯掠（扭）斜流转子叶顶间隙泄漏涡在不同间隙时的流动机制。研究发现：大间隙时，叶顶间隙泄漏流与主流发生了强烈的卷吸；叶顶泄漏涡产生于弦长33％的轴向位置，靠近吸力面，泄漏涡沿着与转子旋向相反的方向朝相邻叶片的压力面向下游发展。叶顶间隙增加时，泄漏涡增强。当流量减小时，叶顶泄漏涡的作用区域扩大，损失增加，间隙泄漏流与主流的卷吸作用更加强烈。本文应用PIV技术首次对前缘弯掠（扭）开式斜流转子的叶尖涡流动特性进行了测量并与CFD结果作了比较。PIV测量结果表明，叶尖涡是由沿子午面流动的主气流与从叶顶外侧吸入的气流相互卷吸而产生，叶尖涡产生于叶片吸力面近叶顶区域，大致沿着一条与叶轮旋转方向相反的斜线向转子下游发展，持续到转子叶顶出口下游65％弦长位置。叶尖脱落涡的强度及其卷吸区域随叶轮转速的提高而增强，随背压的提高而减弱，当背压增加到一定程度时，叶尖脱落涡消失。实验结果和计算结果吻合，验证了本文计算方法的妥当性和PIV实验结果的可靠性。