湍流模型的对比与叶轮机械内部气动性能的数值模拟
发布时间：2022-01-04 02:11
级环境下的流动是近年来叶轮机械领域研究的热点问题之一。本文以某离心压缩机中间级单通道为计算模型,对流道内部的复杂湍流流动特征及其性能进行数值模拟研究。结合实验数据,分析压缩机各个部件内部流动特点及规律。首先利用典型后台阶实验数据进行湍流模型的对比和确定,通过大量数据计算比对速度剖面、压力系数、摩擦系数等参数,再考虑网格数、计算时间、CPU容量等硬件因素,选择标准k-?湍流模型进行本文的数值计算。所研究压缩机模型外径400mm,机器马赫数0.8,叶轮转速13366rpm。实验数据由某压缩机制造设计企业实验中心提供。本文计算9个工况点,将实验结果和计算数据得出的相应性能参数值进行了对比。计算所得曲线与实验相比趋势较符合且最高效率误差不超过4%。选取一个设计工况和两个非设计工况,详细分析了叶轮、扩压器、回流器等重要部件内部流动特征,通过压力、速度分布的对比,发现非设计工况的回流、特征梯度不均等问题会导致流动损失过多,效率降低,而设计工况附近的均匀流动则不易发生分离现象且有较高效率。研究结果为离心压缩机的设计、改进和优化提供有价值的数值依据。
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：50 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 离心压缩机内部流动数值模拟研究现状与进展
1.2 流动物理模型与相应算法的发展
1.2.1 叶轮机械内部流动数值模拟算法的发展
1.2.2 湍流模型
1.2.3 SIMPLEC 算法
1.3 离心压缩机内部流动的物理模型和数值解法
1.4 本文主要工作
第二章 湍流模型的对比
2.1 背景介绍
2.2 湍流模型介绍
2.2.1 标准k-ε 模型
2.2.2 S-A 模型
2.2.3 kω-SST 模型
2.2.4 RSM 模型
2.3 模型比对工作及结论
2.4 小结
第三章 离心压缩机几何建模与边界处理
3.1 离心压缩机模型几何尺寸
3.2 求解方法与计算条件设置
3.3 建模及网格生成
3.4 压缩机内部流场计算方法
3.4.1 连续性方程
3.4.2 动量方程
3.4.3 能量方程
3.5 压缩机的基本性能参数
3.5.1 马赫数
3.5.2 流量及流量系数
3.5.3 压力及压比
3.5.4 叶轮转速
3.5.5 多变效率与能量头系数
3.6 小结
第四章 压缩机单通道计算结果与对比分析
4.1 实验装置简介
4.2 计算与实验性能曲线对比分析
4.3 离心式压缩机内部湍流流动特性分析
4.3.1 叶轮特征面（盘盖侧、压力面、吸力面）流动特性
4.3.2 扩压器特征面（盘侧、盖侧、中间面）流动特性分析
4.3.3 回流器流动特性分析
4.4 小结
第五章 结论与展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析离心压缩机的设计[J]. 苏军,徐小智. 通用机械. 2008(09)
[2]高速离心压缩机旋转失速的三维数值模拟[J]. 郭强,竺晓程,杜朝辉,陈华,赵岩. 推进技术. 2007(04)
[3]计及几何参数变化的离心压气机特性分析[J]. 初雷哲,杜建一,汤华,赵晓路,徐建中. 工程热物理学报. 2006(03)
[4]分流叶片位置对高转速离心压气机性能的影响[J]. 刘瑞韬,徐忠. 空气动力学学报. 2005(01)
[5]离心风机的流场分析和参数化设计[J]. 邹建煌,杜群贵,谢在玉. 机床与液压. 2005(02)
[6]非设计工况下离心叶轮内湍流场的LDV测量[J]. 刘正先,王永,曹淑珍,谷传纲,苗永淼. 航空动力学报. 2004(04)
[7]三维方腔拖曳流的数值模拟[J]. 王小华,何钟怡. 水动力学研究与进展（A辑）. 2004(02)
[8]含分流叶片的离心压缩机级内三维流场数值分析[J]. 刘瑞韬,徐忠,孙玉山. 应用力学学报. 2004(01)
[9]模型级设计中CFD软件的应用[J]. 刘瑞韬,徐忠,孙玉山. 风机技术. 2004(01)
[10]基于三维粘性流动分析的离心压缩机叶轮设计方法[J]. 席光,王晓锋,蒋三红,贾会霞,王尚锦. 工程热物理学报. 2002(S1)
硕士论文
[1]离心式压缩机内部流动的数值与实验研究[D]. 赵衡.天津大学 2006
本文编号：3567444
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：50 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 离心压缩机内部流动数值模拟研究现状与进展
1.2 流动物理模型与相应算法的发展
1.2.1 叶轮机械内部流动数值模拟算法的发展
1.2.2 湍流模型
1.2.3 SIMPLEC 算法
1.3 离心压缩机内部流动的物理模型和数值解法
1.4 本文主要工作
第二章 湍流模型的对比
2.1 背景介绍
2.2 湍流模型介绍
2.2.1 标准k-ε 模型
2.2.2 S-A 模型
2.2.3 kω-SST 模型
2.2.4 RSM 模型
2.3 模型比对工作及结论
2.4 小结
第三章 离心压缩机几何建模与边界处理
3.1 离心压缩机模型几何尺寸
3.2 求解方法与计算条件设置
3.3 建模及网格生成
3.4 压缩机内部流场计算方法
3.4.1 连续性方程
3.4.2 动量方程
3.4.3 能量方程
3.5 压缩机的基本性能参数
3.5.1 马赫数
3.5.2 流量及流量系数
3.5.3 压力及压比
3.5.4 叶轮转速
3.5.5 多变效率与能量头系数
3.6 小结
第四章 压缩机单通道计算结果与对比分析
4.1 实验装置简介
4.2 计算与实验性能曲线对比分析
4.3 离心式压缩机内部湍流流动特性分析
4.3.1 叶轮特征面（盘盖侧、压力面、吸力面）流动特性
4.3.2 扩压器特征面（盘侧、盖侧、中间面）流动特性分析
4.3.3 回流器流动特性分析
4.4 小结
第五章 结论与展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析离心压缩机的设计[J]. 苏军,徐小智. 通用机械. 2008(09)
[2]高速离心压缩机旋转失速的三维数值模拟[J]. 郭强,竺晓程,杜朝辉,陈华,赵岩. 推进技术. 2007(04)
[3]计及几何参数变化的离心压气机特性分析[J]. 初雷哲,杜建一,汤华,赵晓路,徐建中. 工程热物理学报. 2006(03)
[4]分流叶片位置对高转速离心压气机性能的影响[J]. 刘瑞韬,徐忠. 空气动力学学报. 2005(01)
[5]离心风机的流场分析和参数化设计[J]. 邹建煌,杜群贵,谢在玉. 机床与液压. 2005(02)
[6]非设计工况下离心叶轮内湍流场的LDV测量[J]. 刘正先,王永,曹淑珍,谷传纲,苗永淼. 航空动力学报. 2004(04)
[7]三维方腔拖曳流的数值模拟[J]. 王小华,何钟怡. 水动力学研究与进展（A辑）. 2004(02)
[8]含分流叶片的离心压缩机级内三维流场数值分析[J]. 刘瑞韬,徐忠,孙玉山. 应用力学学报. 2004(01)
[9]模型级设计中CFD软件的应用[J]. 刘瑞韬,徐忠,孙玉山. 风机技术. 2004(01)
[10]基于三维粘性流动分析的离心压缩机叶轮设计方法[J]. 席光,王晓锋,蒋三红,贾会霞,王尚锦. 工程热物理学报. 2002(S1)
硕士论文
[1]离心式压缩机内部流动的数值与实验研究[D]. 赵衡.天津大学 2006
本文编号：3567444
本文链接：https://www.wllwen.com/jixiegongchenglunwen/3567444.html
