基于叶片载荷分布的离心压缩机叶轮设计与优化

发布时间：2017-08-08 11:07

  本文关键词：基于叶片载荷分布的离心压缩机叶轮设计与优化

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【摘要】：离心压缩机在国民经济的各部门中占有重要的地位。离心叶轮作为离心压缩机中的核心部件,其性能的好坏影响着离心压缩机甚至整个工业流程性能,因此离心叶轮的气动设计和优化方法一直被研究者们关注。离心叶轮的气动设计方法主要分为正问题与反问题两大类。正问题方法是通过直接控制叶片几何参数更改叶型,然后通过数值计算求解该叶轮的的流场信息以验证叶轮的性能是否符合要求,此种方法较依赖于设计者的经验且易造成叶片不光滑导致叶轮性能下降。反问题设计方法的出现可以使设计者通过直接控制叶片载荷分布来修改叶型,达到设计目的,避免了正问题设计方法的弊端,与之而来的问题是如何给定合理的载荷分布从而获得高效的叶轮。针对以上问题,首先本文将使用反问题设计软件首先对一中等流量系数(Φ1=0.1)的离心叶轮进行设计,并利用数值方法研究不同载荷分布对其外特性、内流场及叶片几何参数的影响。分别对盘侧与盖侧载荷分布对叶轮外特性的影响进行了研究,结果表明盖侧前加载叶轮可以获得较高的效率及较宽的阻塞工况,但喘振裕度较小,中加载叶轮有较宽的工况范围但效率较前加载略低,后加载叶轮对小流量工况有利。对该叶轮来说,盘侧后加载可以获得较高的叶轮效率及较宽的工况范围。此外,本文还对载荷分布如何影响叶轮内流现象进行了研究,包括叶轮内回流现象、二次流现象及摩擦损失。并通过以上研究对叶轮设计过程中如何给定载荷分布型式进行了总结。其次本文根据所得到的结论对两个具有代表性的离心叶轮进行了设计优化,分别为大流量系数(Φ1=0.206)离心叶轮的设计及有实验数据的中小流量系数(Φ1=0.068)离心叶轮的优化。大流量系数离心叶轮设计点多变效率为96.5%且变工况性能较好,中小流量离心压缩机级效率提高1.3%,所得到的结论为离心压缩机叶轮设计及优化提供指导。本课题由辽宁省自然科学基金资助。
【关键词】：离心叶轮 反设计 叶片载荷分布 数值模拟 气动设计优化
【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9-14
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 本文主要研究内容12-14
• 2 全三元反问题设计及数值模拟方法14-25
• 2.1 全三元反问题设计理论14-19
• 2.1.1 可压缩流流场计算14-16
• 2.1.2 叶片型线计算16
• 2.1.3 设计软件相关输入参数16-19
• 2.2 CFD数值模拟方法19-24
• 2.2.1 控制方程19-20
• 2.2.2 湍流模型20-21
• 2.2.3 网格生成21-24
• 2.2.4 多重网格技术24
• 2.3 本章小结24-25
• 3 载荷分布形式对离心叶轮流场的影响25-59
• 3.1 盖侧载荷分布对离心叶轮外特性的影响25-39
• 3.1.1 叶轮外特性变化规律25-32
• 3.1.2 叶轮型线变化规律32-34
• 3.1.3 叶轮内流场分析34-39
• 3.2 载荷分布对叶轮内流的影响39-51
• 3.2.1 载荷分布对分离损失的影响39-43
• 3.2.2 载荷分布对二次流的影响43-51
• 3.3 盘侧载荷分布对气动性能的影响51-57
• 3.3.1 盘侧载荷分布对叶轮外特性的影响52-53
• 3.3.2 盘侧载荷变化对叶形的影响53-54
• 3.3.3 盘侧载荷分布对内流场的影响54-57
• 3.4 本章小结57-59
• 4 离心叶轮设计及优化59-71
• 4.1 大流量系数离心叶轮设计59-64
• 4.2 中小流量系数离心叶轮的优化64-70
• 4.3 本章小结70-71
• 结论与展望71-73
• 参考文献73-76
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况76-77
• 致谢77-78

【参考文献】

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1 朱营康,曹琦,姚承范;离心压缩机叶片载荷分析[J];航空学报;1989年05期

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本文编号：639648