鼓风机的物理模型
某600 MW 机组配套的两级动叶可调轴流一次风机，流体计算域包括从集流器到扩压器的内部通道，固体计算部分为叶轮叶片部分。原风机每级导叶数目为23 片，改造方案围绕导叶数目进行。风机动叶片和导叶片数目通常是互质的，可以减少上游气流对下游的冲击，减少气流脉动及噪声。改造方案成组减少或者增加导叶片，其中导叶数目减少为方案一至方案三，导叶数目增加为方案四至方案六。基于轴流风机轴向可以分区的结构特点，鼓风机采用分区法将流体计算区域划分为集流器区、级动叶区、级导叶区、第二级动叶区、第二级导叶区和扩压器等6 个部分，因为动叶区内流动较复杂，故采用尺寸函数对动叶区进行加密，而其他区域采用较为稀疏的网格。在模拟中进行了网格无关性验证，鼓风机分别采用260 万、380 万、560 万和820 万等网格数对风机气动性能进行计算，在保证较好的计算精度和计算成本的前提下，确定网格数为560 万，在此网格数下时间成本和模拟精度好。运动方程为三维定常雷诺时均N-S 方程，采用可有效解决旋转运动和二次流的Ｒealizable k － ε 湍流模型，鼓风机的动叶区采用多重参考系模型。在数值模拟中，以集流器入口和扩压器的出口作为整个计算域进出口，边界条件为进口速度和自由流出。进出口流量残差小于10 － 5，各方向的速度及k、ε 等参数的残差小于10 － 4，认为当前计算达到收敛要求。
对于轴流风机来说，风机的失速问题一直是困扰电厂风机行业的问题之一，尤其是在环保改造过程中，随着烟气系统阻力的增大，使得风机的失速问题更加突出。动调轴流压缩机或风机的失速问题一直是学者们普遍关注的问题。早在1986年，我国对鼓风机叶尖间隙对失速颤振的影响进行了实验研究。本文研究了不同间隙压气机的失速颤振问题。指出压缩机的叶尖间隙是有利的。在这种间隙条件下，可以使分离区和间隙涡较小化，有利的间隙弦长比一般为1%~1.5%。2014年，对鼓风机叶尖间隙对失速裕度的影响进行了数值模拟研究。结果表明，当设计间隙减小到设计间隙的1/2时，轴流压缩机的增压损失和绝热效率较小，而压缩机的失速裕度增加了4%。因此，本文指出适当改变叶顶间隙可以有效地拓宽压缩机的稳定运行方式。围。针对进口流量畸变对轴流式压缩机失速的影响，蒋华兵等人的研究结果表明。[鼓风机进口流量畸变会大大降低压缩机的稳定裕度，同时也会大大降低失速强度，改变旋转失速的形式，但不会影响失速频率。在电厂风机研究方面，详细论述了铁城2000年轴流风机的失速机理、失速探头的工作原理和失速试验方法，提出了防止失速的可行方案。
在鼓风机稳态模拟完成后，将稳态模拟结果作为初始场。采用滑动网格模型对非定常流动进行了数值模拟。边界条件与稳态模拟相同。湍流模型采用Les模型，子格子模型采用***agorinsky-Lilly模型。噪声模拟采用噪声模拟模型FW-H，根据Lighthill方程的推导过程，单极、偶极和四极源、气流和旋转叶片的周期性撞击产生的噪声属于单极源，气流和旋转叶片相互作用形成的不稳定反作用力产生的噪声属于单极源。物体属于偶极源，流场总粘应力产生的噪声属于四极源。采用RNGK-E湍流模型计算了鼓风机的稳态流场。在此基础上，利用LES软件对鼓风机的瞬态流场进行了计算，并引入了FW-H噪声模拟模型对风机的流场进行了计算。模拟中的噪声接收点与***标准规定的噪声测试中的传声器位置一致。噪声测点距风机出口表面中心1米，测点与出口中心点的连接线距出口表面45度。为了避免电机对实际测量结果的影响，一般的监测点设在进口侧。本文设置了四个监测点，即监测点1：机器进口面为45度，相距1米；监测点2：风机进口；监测点3：两级叶轮中部；监测点4：风机出口。
