轴流泵叶顶泄漏涡形成演化机理与涡空化分析

张 虎 左逢源 张德胜 施卫东

(1.江苏大学流体机械工程技术研究中心， 镇江 212013； 2.无锡职业技术学院机械技术学院， 无锡 214121；3.南通大学机械工程学院， 南通 226019)

0 引言

在轴流式流体机械中，为了避免动叶叶顶与端壁干涉，两者之间需存有尺度较小的间隙。间隙处流体在叶片压差作用下形成叶顶间隙泄漏流，并伴有涡旋的产生。如满足空化条件时，则形成叶顶泄漏涡空化，容易造成水力机械性能变化、诱导振动和噪声等现象[1-2]。研究和掌握叶顶泄漏流及其涡结构的形成机理，可为叶轮设计优化和减振降噪提供依据。

大量学者对叶顶泄漏涡形成机理与几何影响进行了研究[3-8]。文献[9-10]以NACA0009水翼为研究对象，对不同间隙几何绕水翼间隙流动进行了实验，发现间隙尺寸与叶顶泄漏涡(Tip leakage vortex, TLV)有很强的相关性，影响涡核轨迹及其强度，存在特定的间隙宽度使涡强度最大。文献[11-12]对直列叶栅叶顶间隙流动进行了分析研究，认为间隙射流产生的速度梯度是形成泄漏涡量和湍流动能及雷诺应力的原因。文献[13-14]分析了不同流量下轴流泵泄漏涡演变轨迹，发现大流量下弦长起点向后延迟，并且轨迹与弦长夹角变小，同时在低空化数下还发现了垂直空化涡结构。文献[15-16]对混流泵TLV振荡特征频率进行了分析，发现转速与分离角、振荡频率呈正相关。文献[17]对推进泵不同叶顶间隙水动力特性进行研究，发现间隙不改变推力和扭矩振荡频率，但会影响振幅。目前，对TLV的研究大多集中在涡成形以后引起的物理效应，比如振荡频率、涡与空化相互作用演化、涡动力特性等。……