傅珏,蒋伟,柳一鸣,琚亚平,张楚华

(西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安)

受加工误差、服役环境等影响,离心叶轮叶顶间隙的几何尺寸呈现出一定的随机可变性,致使叶轮叶片上的载荷分布、边界层流态、分离流等与理想状态存在差异,导致叶轮实际运行性能偏离理想期望值,甚至急剧下降,对整机高效稳定和安全可靠运行构成严重威胁[1]。因此,精确量化叶顶间隙几何不确定性对离心叶轮气动性能和内部流场的影响具有重要的现实意义。

在叶顶间隙对离心叶轮气动性能的影响方面,芬兰拉普兰塔理工大学的Saaresti等对离心压缩机的叶顶间隙展开了数值模拟,结果表明,叶顶间隙对离心叶轮气动性能的影响呈线性关系[2]。赵会晶等以Krain叶轮为研究对象,研究了离心叶轮叶顶间隙泄漏涡的结构[3]。张楚华等通过研究叶顶间隙对离心叶轮气动性能的影响,发现随着叶顶间隙增大,离心叶轮气动效率、压比及转矩均降低,但变化曲线与线性函数相距甚远,呈现出典型的双平台变化关系[4]。刘正先等分析了典型叶轮相对叶顶间隙值在0～10%之间的叶轮气动性能、叶片载荷分布、间隙泄漏量的变化规律[5]。由以上研究可知,叶顶间隙对离心叶轮气动性能及内部流场的影响不容忽视,但这些工作主要集中于确定性流动分析,鲜有涉及离心叶轮叶顶间隙几何不确定性及其对叶轮气动性能的影响。

在离心叶轮气动性能不确定性分析方面,Javed等针对涡轮增压器用离心叶轮,采用蒙特卡洛(MC)取样方法[6],研究了叶片进出口叶顶间隙等一维设计参数几何不确定性对叶轮效率和压比的影响。……