超临界二氧化碳离心压缩机的性能优化研究

发布时间：2020-09-17 20:06

　　 超临界二氧化碳(Supercritical Carbon Dioxide,SCO_2)离心压缩机具有可靠性高、体积小、质量轻、效率高等优点,被认为是新能源领域最具应用前景的动力设备之一。本文基于一元流动理论和准三元设计方法,由设计热力参数得到SCO_2离心压缩机三维模型,对离心压缩机的流场及气动性能进行了研究,另外对SCO_2离心压缩机通流部件的几何和气动参数进行数值分析和优化设计,最终得到的SCO_2离心压缩机总压比可达到1.78,多变效率达87.2%,达到设计要求,最后对优化后的叶轮强度进行了校核计算。论文的主要工作如下:首先,介绍了计算流体动力学的基本原理、控制方程及二氧化碳真实气体模型,给出了SCO_2离心压缩机的三维建模、网格划分和数值模拟的参数设置。接着,对SCO_2离心压缩机叶轮的气动性能进行数值计算,并从叶轮出口安装角、分流叶片长度、分流叶片周向位置以及叶片数这四个角度对叶轮进行了优化,分析了不同的结构参数对SCO_2离心压缩机气动性能的影响规律。进而,对无叶扩压器和蜗壳进行了优化分析,研究了无叶扩压器型式、蜗壳截面面积和蜗舌倒圆半径这三个结构参数对SCO_2离心压缩机气动性能的影响规律,同时,还对SCO_2离心压缩机整机的变工况性能进行了研究。最后,对SCO_2离心压缩机的叶轮强度进行了研究,分析了额定工况下气动力、离心力分别单独作用和共同作用时对叶轮强度的影响,并进行了模态分析,对比研究选取了合适的叶轮制造材料,并得到了不同工作流量和工作转速对叶轮所受最大等效应力及最大总变形的影响规律。研究结果可以为SCO_2离心压缩机的设计研发提供一定的理论依据。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH452
【部分图文】：

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文2.3.1 叶轮子午面设计如图 2-1 和 2-2 为叶轮的子午面示意图和进出口气流的速度三角形，dh为轮毂直径， 为吸力口直径sd ， 为叶片进口直径1d ， 为叶片进口宽度1b ， 为叶轮出口直径2d ，2b 为叶轮出口宽度。其中sd 、2d 、2b 为叶轮设计的主要参数。 W、U、C 分别为相对速度，圆周速度和绝对速度，1 代表进口，2 代表出口。

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文2.3.1 叶轮子午面设计如图 2-1 和 2-2 为叶轮的子午面示意图和进出口气流的速度三角形，dh为轮毂直径， 为吸力口直径sd ， 为叶片进口直径1d ， 为叶片进口宽度1b ， 为叶轮出口直径2d ，2b 为叶轮出口宽度。其中sd 、2d 、2b 为叶轮设计的主要参数。 W、U、C 分别为相对速度，圆周速度和绝对速度，1 代表进口，2 代表出口。

建立业的流体机械设计软件，基于丰富的流程和经验公式对离心压缩机进行设计机的叶轮和蜗壳的初始设计模型，然后，生成 SCO2离心压缩机的三维模型，表 2-2 叶轮和蜗壳的主要结构参数径)叶轮进口直径 ds(mm)叶轮外径d2(mm)叶轮宽162 306 片厚m)蜗壳进口宽度 b3(mm)蜗壳最大面积 F(mm2)蜗壳长度13.05 12077

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本文编号：2821170