实际上,离心式压缩机级内的二次流问题是十分复杂的。关于其机理的阐明及其损失的计算方法,目前仍处于研究阶段,这里只对其作一些初步的分析和介绍。
叶轮中由于叶道是曲线形的,并存在着轴向涡流,因此叶道中气流速度和压力的分布是不均匀的见图3-60a。工作面一边速度最低,压力最高,非工作面一边则相反。于是两侧壁边界层中的气体受到压力差的作用,就会产生由工作面向非工作面的流动。这种流动的方向与主流方向大致相垂直,通常称为二次流。它干扰了主流的流动,并造成能量损失。同时由于二次流的存在,位工作面气流边界层被吸走而减薄,使非工作面气流边界层增厚而更易分离。从产生二次流原因的分析可知,叶片负荷设计得低一些,使工作面与非工作面之间的压力梯度小一些,对减弱二次流将是有利的。
在离心式压缩机叶轮中,叶轮宽度b通常比叶片节距要小,因此二次流的影响就较大。特别当叶轮的相对宽度b2/D2<0.03时,两侧壁的边界层可能占据了很大部分通道宽度,甚至充满了整个通道,减小了有效流通面积,使流动损失大大增加。
图3-60 压缩机叶轮流道及顶部中的二次流损失
a)叶轮流道中二次流的产生 b)闭式叶轮顶部的二次流 c)半开式叶轮顶部的二次流
图3-60b示出了一个混流式闭式叶轮顶部的二次流情况。因为叶轮工作面和非工作面之间存在压力差,形成了二次流,并在非工作面附近的A点,还存在一个比较强的旋涡,在该处测得的总能量最小,能力损失最大。
图3-60c示出了半开式叶轮顶部的二次流情况。在截面中间存在一个大旋涡,两侧有两个虚线表示的小旋涡。主要原因在于叶轮转弯处有旋涡产生,使轮盘和盖板两侧的气流能量不相等,存在能量交换,以致截面中间诱导产生一个大旋涡。此旋涡的强弱与气体流量、进口马赫数、叶道中气流速度、气流边界层情况等密切相关。(www.daowen.com)
除了气流的粘性应力引起二次流外,叶道中气流之间不均匀的能量交换,也会产生气流横向的二次流。
二次流损失hsec按以下公式计算:
hsec=k(w2s-w2h) (3-68)式中,k为系数,wh为轮盘速度;ws为轮盖速度。
在回转面上,存在以下关系:
hsec=k′(w2ow-w2w) (3-69)式中,ww为工作面速度;wow为非工作面速度;k′为系数。
上面分析的离心式压缩机叶轮中二次流现象,在叶片扩压器中也同样存在。
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