在風(fēng)機(jī)機(jī)械中，為了防止旋轉(zhuǎn)葉片和固定殼體之間的摩擦，葉片頂部和殼體之間必須有一定的間隙。由于葉尖間隙的存在，不可避免地會(huì)發(fā)生泄漏流。泄漏流與主流相互作用形成的泄漏渦將影響渦輪機(jī)械的內(nèi)部流場(chǎng)和氣動(dòng)性能，尤其是效率、風(fēng)機(jī)噪聲和穩(wěn)定的工作范圍。因此，通過改變?nèi)~頂間隙形狀，對(duì)葉頂泄漏流進(jìn)行綜合分析，提高渦輪機(jī)械的氣動(dòng)性能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程參考價(jià)值。目前，對(duì)葉尖間隙進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究，主要集中在葉尖和殼體兩個(gè)方面。對(duì)于葉片頂部，young等人[4]采用實(shí)驗(yàn)方法研究了單槽、雙槽和上斜面對(duì)渦輪性能的影響。在此基礎(chǔ)上，模擬了風(fēng)機(jī)、類型和位置對(duì)軸流風(fēng)機(jī)性能的影響，-在設(shè)計(jì)流量下，葉頂雙槽結(jié)構(gòu)具有較佳的氣動(dòng)性能，風(fēng)機(jī)效率提高了1.05個(gè)百分點(diǎn)。對(duì)多級(jí)壓縮機(jī)表明，葉根倒角還可以減小角區(qū)的失速，提高工作范圍。風(fēng)機(jī)帶肩端間隙渦輪的研究表明，壓力側(cè)和吸入側(cè)后緣槽都可以略微增大葉片頂面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，但吸入側(cè)后緣槽可以減小間隙的泄漏損失。
通過在風(fēng)機(jī)葉尖壓力面附近擴(kuò)展合適的葉尖平臺(tái)，可以有效地減小葉尖泄漏和氣動(dòng)損失。模擬了三種風(fēng)機(jī)不同長度和初始位置的吸力面小翼葉柵的內(nèi)部流場(chǎng)。結(jié)果表明，三段小翼可以---葉柵頂部的流動(dòng)狀況，并在不同程度上削弱泄漏渦的強(qiáng)度。周志華等[10]計(jì)算了某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪一級(jí)的三維流場(chǎng)。結(jié)果表明，錐形間隙能有效地控制間隙內(nèi)的泄漏流速，減少間隙內(nèi)的堵塞，從而提高其整體性能。在套管處理方面，風(fēng)機(jī)，yang等人[11]發(fā)現(xiàn)自循環(huán)殼體處理后壓縮機(jī)的穩(wěn)定流量范圍明顯增大，烘干供風(fēng)機(jī)，這是由于葉片負(fù)荷降低、低能流體吸附能力降低和周向流量畸變能力降低所致。風(fēng)機(jī)的不同分區(qū)數(shù)的非軸對(duì)稱套管處理。實(shí)驗(yàn)表明，合理的非軸對(duì)稱殼體處理結(jié)構(gòu)可以使壓縮機(jī)的穩(wěn)定裕度提高13%，峰值效率提高0.8%。提率的原因是加工槽對(duì)壓氣機(jī)葉頂流場(chǎng)產(chǎn)生低頻非定常影響信號(hào)。風(fēng)機(jī)在低速壓縮機(jī)上測(cè)試了不同結(jié)構(gòu)的斜槽殼體處理。實(shí)驗(yàn)表明，合理的配置可以提高壓縮機(jī)效率1%~2%，而不會(huì)對(duì)失速裕度產(chǎn)生不利影響。
以風(fēng)機(jī)帶后導(dǎo)葉的可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)模型為研究對(duì)象，如圖1所示。風(fēng)扇由集熱器、活動(dòng)葉片、后導(dǎo)葉和擴(kuò)散器組成。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片采用翼型結(jié)構(gòu)，動(dòng)葉14片，烘干機(jī)風(fēng)機(jī)，導(dǎo)葉15片，葉輪直徑d為1500mm，風(fēng)機(jī)葉頂間隙delta為4.5mm，風(fēng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速為1200r/min，輪轂比為0.6，設(shè)計(jì)工況安裝角為32度，相應(yīng)設(shè)計(jì)流量和總壓為37.14m3_s-1和2348pa，結(jié)構(gòu)簡圖給出了葉頂間隙均勻和不均勻的方程，其中前緣間隙和后緣間隙分別為1和2。leand te表示葉片的前緣和后緣。為了-前緣與后緣的平均間隙為4.5mm，選取六種非均勻間隙進(jìn)行分析。現(xiàn)代軸流風(fēng)機(jī)的相對(duì)徑向間隙為0.8%~1.5%[18]，改變后風(fēng)機(jī)葉尖間隙的較小相對(duì)徑向間隙為1%，滿足正常運(yùn)行的要求，烘干室風(fēng)機(jī)，如表1所示。其-案1~3為漸變收縮型，方案4~6為漸變膨脹型。控制方程包括三維穩(wěn)態(tài)雷諾時(shí)均n-s方程和可實(shí)現(xiàn)的k-e湍流模型。可實(shí)現(xiàn)的k-e模型可以有效地解決旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、邊界層流動(dòng)分離、強(qiáng)逆壓梯度、二次流和回流等問題。風(fēng)機(jī)采用分離隱式方法計(jì)算，壁面采用防滑邊界條件，壓力-速度耦合采用簡單算法。采用二階逆風(fēng)法離散了與空間有關(guān)的對(duì)流項(xiàng)、擴(kuò)散項(xiàng)和湍流粘性系數(shù)，忽略了重力和壁面粗糙度的影響。
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