离心式压缩机性能分析及数值验证

发布时间：2017-05-22 21:02

  本文关键词：离心式压缩机性能分析及数值验证，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在许多工业生产部门,离心式压缩机占据着重要的地位,目前国内的压缩机技术研发水平尚不能满足我国工业生产的需求。针对离心式压缩机在设计、模拟以及试验过程中具有工业成本高、程序复杂、产品性能不确定的特征,论文首先开发了一种用于离心式压缩机结构设计及变工况性能预测的计算软件,并在此基础上对离心式压缩机性能进行了深入的研究。本文对离心式压缩机设计方法及理论进行总结,在此基础上,完成基于Microsoft Visual C++语言的参数化结构设计,通过编程实现压缩机主要结构参数的快速化计算,从而设计一种小流量高压比单级离心式压缩机。全面考虑压缩机中叶轮和扩压器的各种流动损失,包括：叶片表面摩擦损失、叶片载荷损失、叶片尾迹混合损失、叶顶间隙损失、泄露损失、扩压器内部损失以及扩压器出口损失。根据压缩机结构参数和气动参数建立符合实际流动的数学损失模型,运用VC++对数学损失模型进行计算机集成,完成变工况性能预测软件的编写,并利用此软件进行变工况性能的计算,通过试验模型验证变工况性能预测软件计算的可靠性。建立上文所述的压缩机三维模型并完成数值计算,通过数值计算结果和程序性能计算对比,发现两种计算方法得到的压缩机性能误差在3%以内,进一步验证了变工况性能预测软件的准确性。结合变工况性能预测软件,对压缩机内部流动问题和叶轮结构性能进行深入的研究及分析,为压缩机设计、优化及模拟过程提供重要的参考。设计并优化氨合成气压缩机组氮气循环开车方案,进一步研究压缩机物性换算,以相似理论为基础,运用相似模化设计法,综合考虑防共振、喘振及超温的技术要求,计算得到氮气循环开车时的工艺参数,采用化工计算软件进行模拟计算及方案优化。此案例对同一压缩机使用不同介质的性能预测具有重要意义和参考价值,将性能预测软件运用到压缩机物性换算中以后研究的重点。
【关键词】：离心压缩机 结构设计 损失模型 性能预测 数值模拟
【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
• Abstract5-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 国外研究情况11-13
• 1.2.2 国内研究情况13-14
• 1.3 软件简介14-17
• 1.3.1 CFD商用软件介绍14-16
• 1.3.2 Microsoft Visual C++软件介绍16-17
• 1.4 离心压缩机结构及工作原理17-18
• 1.5 课题主要研究内容18-19
• 2 离心式压缩机结构设计19-35
• 2.1 结构设计流程19-20
• 2.2 叶轮结构设计20-27
• 2.2.1 叶轮进口几何参数计算22-24
• 2.2.2 叶轮出口几何参数计算24-27
• 2.3 静止部件结构设计27-32
• 2.3.1 无叶扩压器27-28
• 2.3.2 有叶扩压器28-30
• 2.3.3 蜗壳结构设计30-32
• 2.4 程序设计32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 3 离心式压缩机变工况性能预测35-55
• 3.1 性能预测流程35-36
• 3.2 压缩机气动参数计算36-42
• 3.2.1 叶轮气动参数计算36-39
• 3.2.2 扩压器气动参数计算39-42
• 3.3 基于数学损失模型性能预测42-47
• 3.3.1 叶轮损失模型42-44
• 3.3.2 扩压器损失模型44-46
• 3.3.3 性能预估方法46-47
• 3.4 离心式压缩机变工况性能预测47-52
• 3.4.1 性能预测程序设计47-49
• 3.4.2 计算结果分析49-52
• 3.5 模型验证52-54
• 3.6 本章小结54-55
• 4 压缩机数值模拟验证及分析55-80
• 4.1 模型建立及数值计算55-59
• 4.1.1 模型介绍55-56
• 4.1.2 网格划分56-57
• 4.1.3 边界条件及控制参数设定57-58
• 4.1.4 数值计算收敛判断58-59
• 4.2 数值模拟与程序计算性能特性对比分析59-64
• 4.2.1 叶轮性能对比分析59-61
• 4.2.2 级性能对比分析61-64
• 4.3 叶轮数值模拟分析及结构优化64-75
• 4.3.1 计算域的确定64-65
• 4.3.2 叶轮内部流动分析65-72
• 4.3.3 叶轮结构优化性能分析72-75
• 4.4 扩压器内部流动特性分析75-79
• 4.4.1 扩压器进口处流动分析76-77
• 4.4.2 扩压器内部流动性能77-79
• 4.5 本章小结79-80
• 5 压缩机物性换算案例分析80-87
• 5.1 相似分析及关键技术参数确定80-82
• 5.1.1 相似分析80-81
• 5.1.2 基于特征马赫数相等的压缩机工作转数81-82
• 5.2 氮气循环时合成气压缩机工艺参数的确定82-84
• 5.2.1 入口工况参数确定82-83
• 5.2.3 其他工艺参数确定83
• 5.2.4 功率核算83-84
• 5.3 模拟计算及优化分析84-86
• 5.3.1 模拟计算84-85
• 5.3.2 氮气循环下方案优化85-86
• 5.4 本章小结86-87
• 6 结论与展望87-89
• 6.1 研究总结87-88
• 6.2 工作展望88-89
• 参考文献89-93
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况93-94
• 致谢94-95

【参考文献】

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本文编号：386842