半开式叶轮离心压缩机气动性能优化设计研究

发布时间：2017-08-11 12:40

  本文关键词：半开式叶轮离心压缩机气动性能优化设计研究

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【摘要】：离心压缩机在国民经济行业中占有重要的地位,其发展水平亦是一个国家工业整体实力的重要体现。在我国现代化建设面临着资源、环境可持续发展和国家安全的今天,提高大型压缩机设计水平及对其内部气动性能的研究具有重要的战略意义。以往的离心压缩机设计研究对于提高设计工况点的气动性能以及效率关注更多,而离心压缩机的实际运行情况多数是在一定的工况范围内工作,很难使压缩机持续在设计工况点位置运行工作。因此,对于离心压缩机的研究,除了需要满足设计点要求的同时,相关的调节性能的研究对工程应用具有一定的价值。本文以某型号带可调进口导叶的半开式叶轮离心压缩机为研究对象,结合CFD技术以及优化方法对半开式叶轮离心压缩机首级进行气动分析以及性能优化。研究工作主要包括两部分内容：第一部分为半开式叶轮离心压缩机首级内流场的数值分析。首先通过对某半开式叶轮模型级的数值模拟与试验比对,验证数值模拟方法的可靠性；然后对该型号离心压缩机不同入口导叶开度下的流场进行精细分析,在获得不同导叶开度下压缩机运行特性曲线图的基础上,考察入口预旋以及蜗壳对叶轮叶片表面压力载荷的影响,分析不同导叶开度情况下的叶片压力脉动特性,从而进一步增加对离心压缩机内部流场的认识。第二部分为该型号离心压缩机静止部件的性能优化。在压缩机变工况运行中,了解内部流场的流动规律,寻找压缩机内部流动欠佳的问题并对其进行优化改进。建立了气动性能鲁棒性优化模型,目标函数为分别在90%、100%和110%设计流量下的扩压器和蜗壳静压恢复系数的最小值最大化。分别对扩压器和蜗壳进行全局优化算法分析,得到扩压器和蜗壳设计参数的最优解,提高扩压器和蜗壳的变工况运行性能,从而提高压缩机整级的气动性能以及运行效率。
【关键词】：半开式叶轮 离心压缩机 数值模拟 气动性能 优化设计
【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9-15
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 进口可调导叶离心式压缩机10-11
• 1.2.2 扩压器和蜗壳的研究11-12
• 1.2.3 工程结构优化设计12
• 1.3 本文主要研究内容12-13
• 1.4 研究技术路线13
• 1.5 论文章节安排13-15
• 2 数值模拟基本理论及优化方法15-21
• 2.1 流动控制方程15-16
• 2.2 湍流模型16-17
• 2.3 网格的生成方法17-18
• 2.4 优化方法概述18-21
• 3 半开式叶轮模型级数值模拟与试验比对21-29
• 3.1 试验测试参数21-24
• 3.1.1 试验数据测量21-22
• 3.1.2 数据结果整理22-24
• 3.2 计算模型及网格的建立24-27
• 3.2.1 三维实体造型24-25
• 3.2.2 网格划分25-26
• 3.2.3 网格无关性验证26-27
• 3.3 边界条件设定27
• 3.4 数值计算结果与试验结果比对分析27-28
• 3.5 本章小结28-29
• 4 半开式叶轮离心压缩机性能研究29-40
• 4.1 计算模型及网格29-31
• 4.2 离心压缩机不同导叶开度特性曲线31-32
• 4.3 不同导叶预旋的定常计算32-36
• 4.3.1 计算模型32-33
• 4.3.2 导叶预旋对叶轮静载荷分布影响33-34
• 4.3.3 蜗壳对叶轮静载荷分布影响34-36
• 4.4 不同导叶预旋的非定常计算36-39
• 4.4.1 气动载荷特性分析36-38
• 4.4.2 导叶预旋对叶轮频域的影响38-39
• 4.5 本章小结39-40
• 5 叶片扩压器的性能优化研究40-51
• 5.1 问题提出40-41
• 5.2 原始模型计算41-43
• 5.3 结构优化43-46
• 5.3.1 扩压器参数化造型43-45
• 5.3.2 优化模型的建立45-46
• 5.4 优化结果46-50
• 5.5 本章小结50-51
• 6 焊接式蜗壳的性能优化研究51-65
• 6.1 原始计算模型51-55
• 6.1.1 几何模型及网格的建立52-53
• 6.1.2 计算边界条件53
• 6.1.3 数值计算结果53-55
• 6.2 结构优化55-64
• 6.2.1 优化模型的建立55-57
• 6.2.2 优化流程57
• 6.2.3 优化结果57-60
• 6.2.4 整机计算比对60-64
• 6.3 本章小结64-65
• 总结及展望65-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-72

【共引文献】

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本文编号：656200