大流量系数离心压缩机级间影响的数值研究

发布时间：2017-04-10 19:03

  本文关键词：大流量系数离心压缩机级间影响的数值研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：离心压缩机具有压比高、稳定运行工况宽以及结构紧凑的特点,因而被广泛应用于国民经济各领域中。随着成套装置走向大型化,离心压缩机正朝着大流量系数和高压比的方向发展。因此,高性能大流量系数基本级研发以及级间影响问题的研究受到了高度关注和重视。离心叶轮设计时一般假设气流均匀来流,不考虑预旋。但对于多级离心压缩机而言,上一级以及采用径向进气装置的出口气流场是不均匀的且具有一定程度的旋绕,大流量系数基本级更是如此。在进口畸变条件下,下一级的工作点将偏离设计工况,进而会影响整机的气动性能。进口畸变如何影响流场和性能以及如何控制畸变是提高多级离心压缩机气动性能的关键问题之一.本文以大流量系数双级离心压缩机为研究对象,采用CFD方法对其级间影响问题进行研究。通过两级联算以及不同进气条件下第二级的单独计算,研究第一级出口气流参数的分布特点及形成原因,对比分析两级联算、均匀进气以及其它来流条件下第二级的外特性与内部流场,获得多级环境下前一级出口畸变气流对于后一级工作特性的影响规律。计算结果表明：在非均匀来流情况下,第二级叶轮内二次流的堆积和掺混损失显著增加,性能曲线偏离设计曲线,同时有效工况范围变小,尤其在大流量处,阻塞工况明显提前。设计点处,两级环境下第二级的多变效率比均匀来流时下降了4.89%。此外,对于本文研究的叶轮,第一级出口气流的径向畸变比周向畸变对第二级性能的影响更显著。不同预旋来流对叶轮叶片做功能力的影响主要体现在叶片的入口段,负预旋比重较大的来流使得叶片入口段载荷变大。相比较而言,不同预旋来流对叶片载荷分布的影响是从叶根到叶顶逐渐增大的。第一级出口畸变气流对第二级性能的影响以叶轮和扩压器最为明显,而对后面弯道和回流器等静止部件的影响相对较小。另外,本文采用串列叶片回流器的优化方案改善了第一级出口流场的均匀性,提高了下一级的性能。本文除了开展数值计算工作外,还对级间影响的实验方案进行了设计。由于受实验台限制,只能进行单叶轮旋转实验。为了实现级间影响研究,故采用静止导叶代替第一级叶轮和扩压器叶片,使其出口角逼近真实第一级扩压器出口角。这样,由实际2级基本级变成了1.5级。基于此思路,本文利用叶片造型软件(BladeGen)对1.5级离心压缩机的进气导叶进行了设计,并通过数值方法验证了该实验方案的可行性。
【关键词】：离心压缩机 模型级 级间影响 进气畸变 数值分析
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH452
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及分析10-13
• 1.3 CFD在离心压缩机中的应用与NUMECA软件介绍13-16
• 1.3.1 CFD在离心压缩机中的应用13-14
• 1.3.2 NUMECA软件介绍14-16
• 1.4 本文研究内容16-18
• 2 数值研究方法18-25
• 2.1 基本控制方程18-19
• 2.2 湍流模型19-20
• 2.2.1 湍流模型分类及应用19
• 2.2.2 Spalart-Allmaras一方程模型介绍19-20
• 2.3 动静交界面的处理方法20-22
• 2.4 网格的划分22-23
• 2.6 本章小结23-25
• 3 双级离心压缩机计算模型建立及第一级出口流场分析25-35
• 3.1 计算模型建立25-28
• 3.1.1 几何模型25-26
• 3.1.2 计算网格及无关性验证26-28
• 3.1.3 边界条件及收敛标准28
• 3.2 离心压缩机基本性能参数28-29
• 3.3 数值模拟精度验证29-30
• 3.4 第一级性能与出口流场特性分析30-34
• 3.4.1 外特性分析30
• 3.4.2 出口流场分析30-34
• 3.5 本章小结34-35
• 4 Model 1 双级离心压缩机级间影响分析35-50
• 4.1 计算概述35-36
• 4.1.1 不同来流条件的设定35-36
• 4.1.2 边界条件36
• 4.2 计算结果与分析36-45
• 4.2.1 外特性分析36-37
• 4.2.2 流场分析37-45
• 4.3 预旋程度的变化对模型级性能的影响45-48
• 4.3.1 几种预旋程度的变化45-46
• 4.3.2 计算结果与分析46-48
• 4.4 本章小结48-50
• 5 Model 2双级离心压缩机级问影响分析50-67
• 5.1 计算概述50-51
• 5.1.1 不同来流条件的设定50-51
• 5.1.2 边界条件51
• 5.2 计算结果与分析51-58
• 5.2.1 外特性分析51-52
• 5.2.2 流场分析52-58
• 5.3 Model1和Model2计算结果对比58-59
• 5.4 回流器的优化设计59-61
• 5.5 实验方案设计及CFD验证61-66
• 5.5.1 实验方案的确定61-62
• 5.5.2 入口导叶设计62-64
• 5.5.3 实验方案的数值验证64-66
• 5.6 本章小结66-67
• 结论与展望67-69
• 参考文献69-72
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况72-73
• 致谢73-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 汪创华;刘静;姚瑞锋;王军;;离心叶轮长、短叶片参数对压缩机性能影响分析[J];工程热物理学报;2013年02期

2 孙芊蔚;李秋实;李志平;;传热对微型离心叶轮间隙泄漏流动影响的数值研究[J];航空动力学报;2014年07期

3 陈浮;王云飞;陈焕龙;李国占;;雷诺数对带蜗壳的离心压气机内部流场影响研究[J];推进技术;2013年07期

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  本文关键词：大流量系数离心压缩机级间影响的数值研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：297362