離心軸流風機內(nèi)葉輪流動應(yīng)該怎么改善

  葉輪是離心軸流風機的心臟，離心軸流風機葉輪的內(nèi)部流動是一個非常復(fù)雜的逆壓過程，葉輪的高速旋轉(zhuǎn)和葉道復(fù)雜幾何形狀都使其內(nèi)部流動變成了非常復(fù)雜的三維湍流流動。由于壓差，葉片通道內(nèi)一般會存在葉片壓力面向吸力面的二次流動，同時由于氣流90°轉(zhuǎn)彎，導(dǎo)致壓力大于輪蓋壓力也形成了二次流，這一般會導(dǎo)致葉輪的輪蓋和葉片吸力面區(qū)域出現(xiàn)低速區(qū)甚至分離，形成射流—尾跡結(jié)構(gòu)。

  由于射流—尾跡結(jié)構(gòu)的存在，導(dǎo)致離心軸流風機效率下降，噪聲增大。為了改善離心葉輪內(nèi)部的流動狀況，提高葉輪效率，一個重要的研究方向就是采用邊界層控制方式提高離心葉輪性能，這也是近年的熱點研究方向。

  采用邊界層控制方式提高離心葉輪性能的另外一種方法就是采用自適應(yīng)邊界層控制技術(shù)。1999年，有人提出了離心通軸流風機葉輪設(shè)計中采用長短葉片開縫方法，該方法采用的串列葉柵技術(shù)，綜合了長短葉片和邊界層吹氣兩種技術(shù)的優(yōu)點，利用邊界層吹氣技術(shù)抑制邊界層的增長，提升效率，而且試驗結(jié)果表明，該方法可以有效的提高設(shè)計和大流量下的軸流風機效率，但對小流量效果不明顯。用此思想解決了離心葉輪內(nèi)部積灰的問題。

  雖然串列葉柵技術(shù)在離心壓縮機葉輪內(nèi)沒有獲得效率提高的效果，但從文獻內(nèi)容看，估計是由于該文作者主要研究的是串聯(lián)葉片的相位效應(yīng)，而沒有研究串聯(lián)葉片的徑向位置的變化影響導(dǎo)致的。

  為了提高設(shè)計和小流量離心通軸流風機效率，2008年，有人提出了葉片開縫技術(shù)，該技術(shù)提出在葉輪輪蓋與葉片之間葉片尾部處開縫，引用葉片壓力面?zhèn)鹊母邏簹怏w吹除吸力面?zhèn)鹊牡退傥槽E區(qū)，直接給葉輪內(nèi)的低速流體提供能量。得到在設(shè)計流量和小流量情況下，葉輪開縫后葉片表面分離區(qū)域減小，整個流道速度和葉輪內(nèi)部相對速度分布更加均勻，且速度明顯減小的結(jié)果。

  這種方法改善了葉輪內(nèi)部流場的流動狀況，達到了提高離心葉輪性能和整機性能的效果，而且所形成的射流可以吹除葉片吸力面的積灰，有利于葉輪在氣固兩相流中工作。在離心軸流風機輪蓋上靠近葉片吸力面處開孔的方法，利用蝸殼內(nèi)的高壓氣體產(chǎn)生射流，從而直接給葉輪內(nèi)的低速或分離流體提供能量，以減弱由葉輪內(nèi)二次流所導(dǎo)致的射流-尾跡結(jié)構(gòu)，并可用于消除或解決部分負荷時,常發(fā)生的離心葉輪的積灰問題。

  通過對離心軸流風機整機的數(shù)值試驗，發(fā)現(xiàn)輪蓋開孔后，在設(shè)計點附近的軸流風機壓力提高了約2％，效率提高了1％以上，小流量時壓力提高了1.5％，效率提高了2.1％。在設(shè)計流量和小流量時，由于輪蓋開孔形成的射流，可以明顯改善葉輪出口的分離流動，減小低速區(qū)域，降低葉輪出口處的高速度和速度梯度，從而減弱了離心葉輪出口處的射流—尾跡結(jié)構(gòu)。此外，沿葉片表面流動分離區(qū)域減小，壓力增加更有規(guī)律。

  通過上述方法對葉輪流動進行改善，輪蓋開孔方法可以提高設(shè)計流量和小流量下的閉式離心葉輪性能和整機性能，如果結(jié)合離心葉輪串列葉柵自適應(yīng)邊界層控制技術(shù)，有可能提高離心葉輪性能。