离心压缩机与汽轮机损失机理及时序效应研究

发布时间：2017-09-23 16:34

  本文关键词：离心压缩机与汽轮机损失机理及时序效应研究

  更多相关文章： 离心压缩机 汽轮机末三级 叶顶间隙 非设计工况 时序效应 损失

【摘要】：本文针对叶轮机械中两种重要的案例——离心空气压缩机的半开式叶轮级和大功率工业汽轮机的末三级,采用数值模拟方法分别进行了定常与非定常计算与分析,考察了不同叶轮机械中的损失机理,并以此为基础进行基于时序效应机理的装配改进研究,为工程中的实际应用提供有利的参考。研究工作包括两部分内容：第一部分为离心空气压缩机半开式叶轮级内流场的数值分析。首先以全周计算模型为基础,进行设计工况下全通道流场的非定常分析；基于设计工况下扩压器流道内的流动分离,提出一种扩压器改型方法,改型后新的扩压器气动性能得以提高,稳定运行区间也得到拓宽；对两种非设计工况下全通道流场也进行了非定常分析,对近失速运行工况下的涡脱落频率进行了深入研究；计算结果为探究实际运行中的叶轮断裂事故原因提供了有利参考。然后以该叶轮级为基础对其进行级内的时序效应研究；针对约化后的简化模型,分别对8个时序位置的计算模型进行数值计算,获得了额定转速下不同时序位置下的性能曲线,找到了不同工况下离心压缩机运行的最优时序位置；得到离心压缩机额定运行工况下由时序效应产生的效率最大收益为0.4%,流量最大工况下效率最大收益为0.992%；基于效率极值点对应的时序位置模型的非定常计算结果,研究了不同时序位置下离心压缩机级内的流动损失机理以及叶片表面的载荷特性,考察了时序效应对离心压缩机半开式叶轮级的影响：不同时序位置叶轮与扩压器的动静干涉有差异,叶轮尾缘和扩压器前缘产生的损失差别较大；以此为依据,讨论了真实叶片数模型内的时序效应,为今后该型离心压缩机的设计和装配提供有利依据。第二部分为大功率工业汽轮机末三级内流场的数值分析。首先考察了末三级的叶顶间隙泄漏流动特点,前两级叶顶处的流动损失以叶顶泄漏涡和叶顶分离涡为主,最末级叶顶处的流动损失主要由叶顶泄漏涡产生；不同工况下叶顶间隙泄漏的尺寸及位置不同,每种工况下泄漏流随时间的演化均呈现周期性,当流量流量小于92%Q0时叶顶间隙泄漏涡几乎不可识别；建立了损失模型,得到设计工况下的泄漏损失占总损失之比在22%-27%范围内呈周期性循环变化；对不同工况下泄漏涡的位置及尺寸进行量化,获得泄漏涡与流量的关系曲线。基于末三级的单通道约化简化模型研究汽轮机末三级中的时序效应,采用由前两级过渡到三级总体、不同动／动时序位置与静／静时序位置匹配的方法,分析了不同时序位置匹配组合下的级内性能和流动损失,得到时序效应对通道流动及叶片表面载荷的影响,最终找到最优的时序位置,且末三级所获得的最大效率收益为0.413%。该研究为该型汽轮机今后的装配位置提供了有利的参考。
【关键词】：离心压缩机 汽轮机末三级 叶顶间隙 非设计工况 时序效应 损失
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH452
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景及意义10-12
• 1.1.1 离心压缩机研究背景及意义11
• 1.1.2 工业汽轮机研究背景及意义11-12
• 1.1.3 总结12
• 1.2 叶轮机械中相关问题国内外研究进展12-17
• 1.2.1 叶轮机械损失机理的非定常数值研究进展12-13
• 1.2.2 叶顶间隙泄漏研究进展13-15
• 1.2.3 叶轮机械内时序效应研究进展15-17
• 1.3 本文主要研究内容17-18
• 1.4 论文章节安排18-19
• 2 叶轮机械内三维湍流流场数值计算的相关理论19-26
• 2.1 流动基本方程19-20
• 2.2 湍流模型20-23
• 2.2.1 三维湍流数值模拟方法21-22
• 2.2.2 湍流模型概述22
• 2.2.3 剪切应力传输(SST)模型22-23
• 2.3 网格技术概述23-26
• 2.3.1 离散方法概述23-24
• 2.3.2 有限体积法的网格生成24-26
• 3 离心压缩机全周模型的非定常流动与近失速工况分析26-46
• 3.1 数值研究方法26-32
• 3.1.1 计算模型建立26-27
• 3.1.2 网格的建立27-28
• 3.1.3 网格无关性验证28-29
• 3.1.4 蜗壳网格的构建方法29-31
• 3.1.5 计算参数的选取与设定31-32
• 3.1.6 数值计算结果验证32
• 3.2 离心压缩机不同工况非定常流场分析32-38
• 3.2.1 设计工况非定常流场分析32-34
• 3.2.2 针对设计工况流场分析的扩压器叶片优化34-35
• 3.2.3 不同进口预旋下的非设计工况非定常流动分析35-38
• 3.3 离心压缩机近失速涡脱落频率的识别38-45
• 3.3.1 流场涡分析38-40
• 3.3.2 频谱分析40-44
• 3.3.3 流场涡频谱判定44-45
• 3.4 本章小结45-46
• 4 离心压缩机半开式叶轮级基于时序效应的模型改进46-62
• 4.1 研究方法46-51
• 4.1.1 简化模型思想46-47
• 4.1.2 离心压缩机不同时序效应模型建立47
• 4.1.3 网格划分及数值方法47-49
• 4.1.4 数值计算结果验证49-51
• 4.2 研究结果及分析51-61
• 4.2.1 离心压缩机不同时序位置下的特性曲线51-52
• 4.2.2 离心压缩机不同时序位置下的瞬态流动分析52-57
• 4.2.3 离心压缩机不同时序位置下的瞬态载荷分析57-58
• 4.2.4 离心压缩机叶片数对时序效应的影响58-61
• 4.3 本章小结61-62
• 5 大功率工业汽轮机末三级非定常数值分析与叶顶泄漏模型建立62-82
• 5.1 研究方法62-67
• 5.1.1 三维实体模型造型62-63
• 5.1.2 网格划分63-65
• 5.1.3 计算参数设定65-66
• 5.1.4 计算验证66-67
• 5.2 研究结果与分析67-81
• 5.2.1 汽轮机末三级特性曲线67
• 5.2.2 设计工况下汽轮机末三级叶顶泄漏的非定常数值结果67-69
• 5.2.3 不同工况下汽轮机末三级叶顶泄漏的非定常数值结果69-73
• 5.2.4 不同工况下末三级间隙泄漏流动的瞬态流动73-76
• 5.2.5 汽轮机末三级叶顶间隙泄漏非定常变化的损失机理76-77
• 5.2.6 不同工况下汽轮机末三级叶顶泄漏的损失模型77-81
• 5.3 本章小结81-82
• 6 大功率工业汽轮机末三级基于时序效应的研究与装配改进82-91
• 6.1 研究方法82-83
• 6.1.1 时序位置选择82-83
• 6.1.2 不同时序效应模型建立83
• 6.2 研究结果及分析83-90
• 6.2.1 不同时序位置的效率83-85
• 6.2.2 不同效率时序位置流场的瞬态流动85-88
• 6.2.3 不同效率时序位置流场的气动载荷88-90
• 6.3 本章小结90-91
• 结论91-93
• 展望93-94
• 参考文献94-99
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况99-100
• 致谢100-101

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 闫朝,季路成,陈江;叶排间轴向间距对时序效应影响的数值研究[J];推进技术;2004年05期

2 李红丽;乔渭阳;罗华玲;;某高压涡轮时序效应的数值仿真研究[J];计算机仿真;2010年12期

3 李鹏;乔渭阳;谭洪川;;轴向间距对涡轮时序效应影响的数值研究[J];科学技术与工程;2010年20期

4 任晓栋;顾春伟;;1.5级跨声压气机中时序效应的研究[J];航空动力学报;2010年04期

5 李昂;薛伟鹏;葛宁;;两级高压涡轮三维时序效应研究[J];燃气涡轮试验与研究;2014年04期

6 陈浮;顾忠华;谢海逸;王仲奇;;弯曲静叶时序效应对压气机性能的影响[J];工程热物理学报;2007年01期

7 陈浮;陆华伟;顾中华;王仲奇;;轴向间隙对压气机时序效应影响之一：总性能[J];工程热物理学报;2007年02期

8 陆华伟;车聪斌;钟兢军;郭爽;陈浮;;采用正弯静叶的压气机在不同轴向间隙下时序效应的实验[J];航空动力学报;2011年02期

9 闫朝,季路成,陈江,徐建中;轴向间距对时序效应影响的研究[J];工程热物理学报;2004年02期

10 陆华伟;郭爽;钟兢军;陈浮;丁小娟;;采用直、弯静叶压气机时序效应实验研究[J];工程热物理学报;2011年01期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 闫朝;关于应用缘线匹配最大化时序效应潜能的初探[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2004年

2 陆华伟;轴向间隙对直、弯静叶轴流压气机时序效应影响的研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 郝苜婷;离心压缩机与汽轮机损失机理及时序效应研究[D];大连理工大学;2016年

2 叶海涛;变轴向间隙压气机的时序效应[D];哈尔滨工业大学;2006年

3 王俭;轴流叶轮机械静叶时序效应研究[D];上海交通大学;2010年

4 王轶;武汉王家墩CBD开发建设过程中的时序及其效应研究[D];华中科技大学;2007年

，

本文编号：906318