半开式叶轮气动优化与结构改进设计研究

发布时间：2017-10-30 20:09

  本文关键词：半开式叶轮气动优化与结构改进设计研究

  更多相关文章： 叶轮 气动分析 流固耦合 叶顶间隙 变工况

【摘要】：离心压缩机作为在国民经济中占有举足轻重地位的通用机械产品,其运行性能的优劣对能源的充分利用与否有很大影响。随着经济社会的快速发展,能源需求量在不断提高,因此,改善离心压缩机性能进而提升其运行效率,充分利用现有能源,显然有着非常重要的现实和长远意义。叶轮作为离心压缩机的核心部件,其运行性能决定着整个机器的效率。因此,如何提升叶轮气动性能,改善叶轮转子动力学特性是本文研究的重点。本文针对某厂的样机半开式叶轮进行优化分析,具体研究主要集中在叶片型式及叶轮背盘结构两个方面。本文利用叶轮机械领域专用的CFD分析软件NUMECA进行模拟,对某型半开式叶轮内部流场进行分析研究,查找叶轮存在的问题,并利用现有的国际著名的叶轮机械设计软件NREC进行优化设计。通过软件的新型设计,在保证原始叶轮具体结构及整级装配方式不变的基础上,多变效率提升了2.05%。新型设计方法的采取,虽然提升了叶轮运行效率,但相对于现今叶轮的高效率高性能来讲,提升幅度并不是很理想,叶轮效率依然很低,不符合高性能叶轮设计的要求。基于进一步提升叶轮效率的目的,本文针对叶轮背盘结构进行了新型设计方案的提出,利用有限元分析软件ANSYS,在综合考虑叶轮自身运转所具有的离心力及流场气动载荷共同作用等因素,也即在考虑流固耦合作用的情况下,对叶轮进行有限元分析,综合考虑叶轮应力及应变等因素,得到了最优的设计方案。最优叶轮背盘设计方案明显改善了叶轮的整体性能,将叶轮运行振动幅度减小了一半左右。原始叶轮振动幅度大也是叶轮叶顶间隙设计为0.6mm的直接原因。通过优化设计之后,我们可以更加精准的控制叶顶间隙,将其值控制在一个更加理想的范围之内。利用NUMECA对最终设计的叶轮进行CFD模拟,发现叶轮多变效率有了2.966%的提升,最终叶轮运行多变效率达到了90.689%。本文针对三种叶轮型式进行了叶片表面静压力载荷分布对比,发现最终新型叶轮叶片表面载荷分布更加均匀、合理。最后本文也进行了变工况模拟分析,发现最终新型叶轮在变流量条件下,依然可以拥有较高效率,说明运行稳定,变工况性能良好。
【关键词】：叶轮 气动分析 流固耦合 叶顶间隙 变工况
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH452
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景及意义9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.3 CFD技术在叶轮机械中的应用12-13
• 1.4 CFD和FEA软件简介13-14
• 1.5 本文主要研究内容14-15
• 2 数值模拟及有限元分析基本理论15-22
• 2.1 数值模拟基本理论15-20
• 2.1.1 流动控制方程15-16
• 2.1.2 湍流模型16-18
• 2.1.3 离散方法18-19
• 2.1.4 网格划分技术19-20
• 2.2 有限元分析基本理论20-21
• 2.3 本章小结21-22
• 3 半开式叶轮数值模拟与流场分析22-32
• 3.1 叶轮数值模拟22-26
• 3.1.1 原始叶轮几何结构22-23
• 3.1.2 叶轮计算域网格划分23-25
• 3.1.3 FINETURBO计算设置25-26
• 3.1.4 收敛判定准则26
• 3.2 叶轮流场分析26-31
• 3.3 本章小结31-32
• 4 叶轮叶片优化设计32-38
• 4.1 叶型优化32-34
• 4.2 新叶轮流场分析34-37
• 4.3 本章小结37-38
• 5 叶轮背盘结构改型设计38-65
• 5.1 原始背盘结构分析39-41
• 5.2 新型背盘结构分析41-48
• 5.3 两种背盘结构叶轮对比分析48-52
• 5.4 新型叶轮叶顶间隙设计52-55
• 5.5 新型叶轮流场分析55-62
• 5.6 新型叶轮变工况模拟62-64
• 5.7 本章小结64-65
• 结论及展望65-67
• 参考文献67-69
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况69-70
• 致谢70-71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 江伟;李国君;张新盛;;基于叶片载荷分布的离心泵叶轮水力性能优化[J];哈尔滨工程大学学报;2015年04期

2 梁继洋;李岩;;大型离心压缩机叶轮叶片疲劳可靠性分析[J];科技风;2015年03期

3 杨花;张小龙;周亚锋;;基于振动特性分析的离心叶轮结构优化[J];化工设备与管道;2014年06期

4 张人会;郭苗;杨军虎;刘宜;;基于伴随方法的离心泵叶轮优化设计[J];排灌机械工程学报;2014年11期

5 王光存;李剑峰;贾秀杰;李方义;刘子武;;离心压缩机叶轮材料FV520B冲蚀规律和机理的研究[J];机械工程学报;2014年19期

6 ;Effects of Suction Side Squealer Tip on the Performance of a Low-Speed Axial Compressor[J];Journal of Thermal Science;2012年03期

7 黄新忠;赵俊生;;基于ANSYS的压气机叶轮振动特性有限元仿真分析[J];机械设计与制造;2012年02期

8 张小龙;周亚锋;苗福源;徐海霞;段纪成;;半开式叶轮强度分析与结构优化[J];风机技术;2010年06期

9 刘占生;刘全忠;王洪杰;;离心泵变工况流场及叶轮流体激振力研究[J];哈尔滨工程大学学报;2008年12期

10 王洋;张翔;黎义斌;;离心泵变工况流场分析及径向力数值预测[J];排灌机械;2008年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 那淼;制冷用离心压缩机模型级设计与优化[D];大连理工大学;2015年

2 陈丽英;高速离心叶轮的气动与结构优化[D];天津大学;2012年

3 曾强;压气机转子叶片流固耦合计算及软件集成研究[D];南京航空航天大学;2006年

，

本文编号：1119107