轴流风机排气管流动性能数值研究.pdf

第52卷第4期
汽轮机技术
2010年8月
TURBINE TECHNOLOGY
Aug.2010
轴流风机排气管流动性能数值硏究
徐永国,孟德鑫2,李秀香,李宇峰
(1哈尔滨汽轮机厂有限责任公司,哈尔滨140046;2辽宁高科节能热电设计研究院,沈阳110141)
摘要:针对某轴流风机排气管道的气流流场进行了仿真计算。计算结果表明,排气管中没有出现流动分离现象,大
部分流动空间没有明显的旋涡存在,二次流损失很小;排气管道出口流动比较均匀。排气管设计是成功的。
关鍵词:轴流风机;排气管;流动性能;数值模拟
分类号:TK269
文献标识码:A
文章编号:1001-5884(2010)04-0275-02
Numerical Research on the Axial Flow Fan Exhaust Pipes Flow Properties
XU Yong-guo,MENG De-xin, LI Xiu-xiang II Yu-feng
I Harbin Turbine Company Limited, Harbin 150046, China
iaoning Hi -tech Energy Saving &Thermal Power Design Institute, Shenyang 110141, China)
Abstract: Using the numerical simulation tools to calculate the flow properties of the axial flow an exhaust pipes. There is
outlet flow of exhaust pipe is symmetrical. So the design of exhaust pipes is succcsstz condary flow loss is very liule. The
no separate in exhaust pipes. No obvious whirlpools exist in most areas of the Mlow. The se
Key words: axial flow fan exhaust pipe; flow property; numerical simulation
前言
轴流风机排气管是引导气体排出通流部分的装置,通常
不可避免地设计成弯曲式的。气流在弯管中流动必然会造
成管道横截面上速度场和压力场分布不均匀,横向压力梯度
和管道壁面附面层的相互作用还会产生旋涡运动和二次流
损失。特别是当弯管中有扩压流动时,易于造成较严重的二
次流和附面层的脱离以及出口速度场的不均匀性,带来较大
的能量损失。
图1排气管形状
评定排气管气动性能优劣的指标,除了气流流经排气管
产生的能量损失以外,在出口截面气流的速度场、压力场的
均匀程度也是必需考虑的。本研究采用数值模拟的方法,对
某排气管道的气流流场进行了仿真计算。计算结果表明,在
90°转弯的地方,排气管采用等截面的方式,之后截面面积迅
速减小,排气管的收敛度较大,没有出现气流90°折转后的流
动分离现象。
1几何模型
图2排气管壁面网格
1.1原型几何模型
1.2网格划分
排气管的几何结构如图1所示。排气管收敛度较大,入
几何体的生成仍然用 Gambit完成,以 Parasolid的格式
口截面面积A1=1.131m2,出口截面面积A2=0.419m2,面积输出,再将几何实体调入ICEM中进行网格划分,采用了内
比为A2/A1=0.370,可见,排气管的收敛度是非常大的,这对存消耗较少的结构化网格。进行网格划分时,对壁面附近的
减弱90°弯头形成的横向流动,降低二次流损失是非常有好?格进行了适当加密,流道其它部位的网格相对粗一些,采
处的。
用了“0”型格与“H”型网格结合的方式,这些措施保证了
收稿日期:2009-12-24
作者简介:徐永国(1984-),男,工程师,从事汽轮机设计工作。
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汽轮机技术
第52卷
较好的网格质量和较少的网格数量。
Mach Number
1.3边界条件
Contour 1)
如图]所示,流体由入口截面进人(In),经过90°弯管,
3.259c-001
3.055e-001
和柱形、圆台过渡段,由出口截面流出(Out)。流体的流动空
间由排气管壁面和进出口界面限定,壁面都是静止壁面
(Wal)lo人口截面假设来流是均匀的,采用总压、总温作为
1.833e.00
进口条件;出口可给定截面平均静压,选定开放式的出口静
629e-001
压;壁面为静止粘性壁面
1,426e-00
2排气管流场分析
6.110-002
4.073e-002
2.037e-00
000e-015
图3给出了排气管内的三维流线分布,从图中可以看
出,排气管内的大部分流动空间,速度比较均匀,仅在出部
图4几何中分爾马赫数分布云图
位和90°弯道的局部位置,流体速度有所增高。图3中的流具体结构的依赖性将大大减弱,给设计带来了较大的自由
线比较平滑,不存在流线之间的相互缠绕和流线自身的卷度。
绕,表明大部分流动空间没有明显的旋涡存在。图中的流线
流体流动过程中附面层增厚、流体参数梯度较大、流体
分布表明,90°弯道壁面附近的二次流动是比较弱的。一般与壁面发生强烈冲撞等,往往会使流动损失增大。在90°弯
而言,流体经过90°弯头时,由于流体离心力的存在,弯道外管的腹部,壁面偏转,但流体的流动惯性使其具有保持原方
壁面压力高,内壁面压力低,形成由外壁面指向内壁面的压向的特性,加上壁面附面层的迁移,使得腹部的附面层增厚
力梯度,在流道中部,由于流速高,离心力能与这一压力梯度较大,出现总压损失增大的局部区域。这部分损失较大的流
相平衡,在壁面附近,附面层的存在使得流速相对较低,流体体向后运动,在一定范围内影响到了排气管的出口,使其对
的离心力不能平衡这一压力梯度,壁面附近存在由外壁面指应位置的总压降低。
向内壁面的流动,这种流动趋势在图中也能观察出来,但是
图5给出了出口马赫数等值线分布,从该图中可以看
非常徴弱。
出,出口截面的速度分布是非常均匀的。由于圆台形导引段
的截面而积是收敛的并量其收敛度很大,流体在该段降压加
速,因此出口的附面层非常的薄(图5),整个排气管的出口
Velocit
被比较均匀的高速流体占据。90°弯道的存在还是使出口截
(Stre mline 1)
1.427e+002
面的流动在上部和下部之间出现了一定的差异,下部由于弯
头腹部附面层的增厚和壁面附面层的迁移,速度略有降低,
在出口截面形成上部速度高,下部速度低的流动特点。圆台
1.105c+002
过渡段较强的收敛作用使得总压在壁附近的降低局限在
很薄的一个薄层内。
7,841et001
Mach Number
( Contour 1)
3.2587e-001
3.0550e-001
4.628e+001
2.6477e
1.414e+001
1.8330e01
1.6294