轴流风机内部瞬态流场及压力脉动特性研究

摘要

动叶可调轴流式通风机因其结构紧凑、流量大、效率高等优点，已成为大型火力发电机组的重要辅机之一。轴流风机运行过程中会产生振动，这主要由内部不稳定流动及压力脉动引起，而且运行中存在的动叶安装角异常偏离，进一步使其振动增大、内部流动恶化，由此严重影响风机经济安全运行。因此，深入研究动叶可调轴流风机在正常情形以及单动叶发生异常偏离后压力脉动特性和内部瞬态流场分布具有重要的现实意义。
　　基于CFD数值模拟软件，以OB-84型带后置导叶的单级动叶可调轴流风机为对象，将定常计算所得流场作为非定常计算的初场，模拟了动叶可调机在正常情形下及单动叶安装角异常偏离后内部压力脉动及瞬态流轴流风场特性；同时，对单动叶异常偏离后的压力信号进行特征值提取，探讨近似熵及样本熵两种复杂度算法对单动叶异常偏离的表征能力；另外，通过Ansys有限元分析模块，对比正常情形和单动叶异常偏离后叶片表面等效应力和总变形的变化，研究单动叶异常偏离对叶片静力结构的影响。
　　研究表明：正常情形下，各监测点处的压力信号分布规律随流量系数变化不明显，均呈周期或类周期性波动，且其压力脉动强度随流量系数增加均呈下降趋势；设计流量下，不同监测点处的最高压力脉动能量均出现在叶片通过频率处，改变流量系数仅影响压力脉动能量大小；随流量增加，10％叶高截面上的平均湍动能水平提高，而叶轮出口截面上的高压区向轮毂方向移动；随时间增加，叶片尾缘处和相邻叶片间的湍动能增强；叶轮旋转过程中，叶轮出口截面上的高压区在机壳与轮毂间呈现往复运动的现象。
　　动叶异常偏离后，各监测点压力信号周期性或类周期性波动被破坏，均出现不同程度异常波动，且偏离度越大其影响程度愈明显；除叶顶间隙处，其他位置监测点的压力脉动强度随偏离度增加而增强；动叶异常偏离改变了叶顶间隙处的时频分布，其最大压力脉动能量值随偏离度增加而提高；同时，叶轮出口静压、90%叶高截面总压及叶轮中间截面静压时均值周期性分布的规律被破坏；近似熵和样本熵均可用来识别叶片异常偏离，但样本熵的效果更好；另外，叶片表面最大等效应力及最大总变形均随偏离度增加而增大，而叶片异常偏离对等效应力及总变形的分布规律影响不大，经过校核，轴流风机异常偏离后的叶片仍满足强度要求。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究内容

第2章 轴流风机的数值计算方法

2.1 引言

2.2 数值计算方法

2.3 数值模拟结果验证

2.4 本章小结

第3章 动叶可调轴流风机压力脉动特性

3.1 引言

3.2 压力脉动特性

3.3 瞬态流场分布

3.4 能量特征提取

3.5 本章小结

第4章 轴流风机单动叶异常偏离时的压力脉动特性

4.1 引言

4.2 压力脉动特性

4.3 内部流场

4.4 特征参数提取

4.5 叶片静力结构分析

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢