離心風(fēng)機(jī)葉輪通道的氣體流過葉片的流動是很復(fù)雜的。在葉片尾部吸力邊附近存在著較嚴(yán)重的氣流分離現(xiàn)象，葉片吸力側(cè)形成低能流積聚的尾流區(qū)，形成射流一尾流結(jié)構(gòu)。尾流區(qū)的存在使流道有效通流面積減少，給風(fēng)機(jī)的性能帶來很多不良的影響，使風(fēng)機(jī)全壓和效率下降。要想減少流體流動損失就要想辦法破壞射流一尾流結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的主要途徑，在葉輪流道內(nèi)容易發(fā)生脫流和邊界層分離的部位開一縫隙，壓力面流體通過縫隙流過就會對吸力面出口附近的流體起到吹散作用，也就有效地防止了脫流的產(chǎn)生與發(fā)展。因此提出了在此型風(fēng)機(jī)葉輪葉片開縫的方法來改善流動環(huán)境。
在原葉輪的葉片上開縫，可以使葉輪出口處的尾流區(qū)破碎、變小，以此來減少風(fēng)機(jī)損失，提高風(fēng)機(jī)流場的穩(wěn)定性。縫隙的安裝位置及長度參數(shù)對離心風(fēng)機(jī)氣動性能和噪聲均有重要影響。就長度參數(shù)而言，若縫隙長度過長，其改善流動條件優(yōu)勢不能充分發(fā)揮，若縫隙長度過短，雖然分流作用加強(qiáng)，但會引起流場局部突變，有可能使流場惡化，從而降低綜合性能，為了最大可能的提高風(fēng)機(jī)性能，就需要用最小的損失獲得最大的風(fēng)機(jī)性能提升，因此需要找到這些參數(shù)的優(yōu)化值。
由于離心風(fēng)機(jī)是一種全壓系數(shù)高、流量系數(shù)大的風(fēng)機(jī)，與其它型式的風(fēng)機(jī)相比，在壓力、流量相同的情況下，可以實(shí)現(xiàn)小尺寸和高轉(zhuǎn)速的結(jié)構(gòu)，有利于節(jié)能降耗。但在離心式葉輪機(jī)械中，葉片曲率半徑大，哥氏力、離心力、橫向壓力及粘性等因素相互作用，葉輪和蝸殼內(nèi)的流動情況十分復(fù)雜。因此，對于離心風(fēng)機(jī)的內(nèi)部流場的直接研究比較困難。為更好地研究離心式風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場流動及渦流產(chǎn)生的情況，本課題采用數(shù)值模擬理論研究和實(shí)驗(yàn)研究有機(jī)結(jié)合的方法，在理論研究的基礎(chǔ)上指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)工作。理論研究采用計算流體力學(xué)軟件NUMECA對加裝不同開縫葉片的通風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場進(jìn)行模擬。
綜上所述，本課題具體內(nèi)容可分為以下兩個部分：
1)數(shù)值模擬的理論研究。采用NUMECA軟件對完全按照其真實(shí)尺寸及結(jié)構(gòu)的離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場進(jìn)行數(shù)值模擬，通過對所計算風(fēng)機(jī)通流部分邊界條件的設(shè)定，準(zhǔn)確模擬風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場的三維流動情況。分析導(dǎo)致風(fēng)機(jī)葉輪內(nèi)部渦流產(chǎn)生和渦流損失的主要原因，掌握射流一尾流結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生、發(fā)展特性。
2)優(yōu)化研究。設(shè)計在葉片尾端不同位置上進(jìn)行開縫，并對安裝新葉輪葉片的風(fēng)機(jī)進(jìn)行模擬計算，比較開縫前、后的通風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場的改善效果，并提出進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的優(yōu)化參數(shù)。
