级间中冷对二级增压系统中高压级压气机性能的影响

发布时间：2017-08-20 03:20

  本文关键词：级间中冷对二级增压系统中高压级压气机性能的影响

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【摘要】：级间中冷不仅改变了高压级压气机的进气状态，，影响了高压级压气机的性能，而且对整个二级增压系统的工作效率都产生很大影响。因此，研究级间中冷对高压级压气机性能影响具有深刻的理论意义和实际意义，其为探索高压比和超高压比二级增压系统的研究和设计提供了理论依据。本文主要研究内容如下： 本文以高压级压气机叶轮和蜗壳为研究对象，采用CFD方法对其建立计算模型，并结合一方程湍流模型，运用有限体积法对N-S方程进行离散求解；完成计算模型的建立后，本文对其网格无关解进行验证，排除了网格数量对计算结果的影响；最后进行了计算模型的实验验证，通过与实验数据进行对比，认为计算模型以及设置是正确合理的。 在此基础上，对高压级压气机内部流场进行分析，分别研究了叶轮和蜗壳内部流动情况。通过对叶轮中不同叶高的Blade-to-Blade截面以及轮毂、轮缘面上的流速分布和静压分布进行研究，总结了叶轮内部流道流动特点及损失产生机理；从蜗壳内部的横向截面和周向截面两方面入手分别对其速度、静压、涡量以及总压恢复系数进行研究，分析了蜗壳内部的流速与压力的分布，以及蜗壳内部损失分布情况。 通过改变不同进气状态探索级间中冷对高压级压气机性能的影响。主要从以下几个方面入手：级间中冷对高压级压气机特性曲线的影响、级间中冷对叶轮出口熵分布的影响、级间中冷对叶轮出口截面效率的影响、级间中冷对蜗壳内部环量分布的影响、级间中冷对蜗壳内部总压损失分布的影响。其中，不同进气状态包括：不同叶轮转速（50000[Rev min^-1]、90000[Rev min^-1]、110000[Rev min^-1]）、不同进气总温（333[K]、343[K]、353[K]、363[K]、373[K]、393[K]、423[K]）以及不同进气总压（150kPa、180kPa、200kPa、220kPa、250kPa、300kPa）。 结果表明：随着叶轮转速的增加，高压级压气机的压比增大，流量增大，性能曲线变陡；随着进气总压的增加，高压级压气机的压比增大，其等熵效率曲线向大流量方向移动，小流量下，叶轮熵增增加，效率降低，其蜗壳内部总压恢复系数降低，蜗壳损失增大；随着进气总温的增加，其压比减小，等熵效率曲线向小流量方向移动，小流量下，叶轮熵增减小，效率提高，其蜗壳总压恢复系数增加，蜗壳损失减小。
【关键词】：高压级压气机 级间中冷 CFD方法 数值模拟
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK403
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 课题研究的背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究进展11-17
• 1.2.1 二级增压系统的研究进展11-14
• 1.2.2 离心压气机的实验研究进展14-16
• 1.2.3 离心压气机的数值研究进展16-17
• 1.3 离心压气机的机构及基本工作原理17-20
• 1.4 本文工作20-21
• 2 高压级压气机数值模拟基础21-30
• 2.1 引言21
• 2.2 高压级压气机内部流动控制方程21-24
• 2.3 湍流模型24-27
• 2.3.1 湍流及其计算方法24-25
• 2.3.2 涡粘性模型 EVM25-26
• 2.3.3 The Eddy Viscosity Transport Model26-27
• 2.4 数值求解方法和分类27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 3 高压级压气机计算模型的建立与标定30-43
• 3.1 CFX 介绍30-31
• 3.2 研究对象31-32
• 3.3 网格划分32-38
• 3.3.1 网格生成技术33-35
• 3.3.2 高压级压气机网格划分35-36
• 3.3.3 网格质量检测36-38
• 3.4 边界条件设置38-39
• 3.5 高压级压气机计算模型的标定39-41
• 3.5.1 网格无关解的验证40-41
• 3.5.2 计算模型实验验证41
• 3.6 本章小结41-43
• 4 高压级压气机内部流场的计算与分析43-53
• 4.1 高压级压气机叶轮的内部流动分析43-46
• 4.2 蜗壳的内部流动分析46-52
• 4.2.1 蜗壳内部横向截面上气流速度与静压分布46-48
• 4.2.2 蜗壳内部不同周向截面上速度分布48-49
• 4.2.3 蜗壳内部的涡量分布49-50
• 4.2.4 蜗壳内部不同周向截面上总压恢复系数分布50-52
• 4.3 本章小结52-53
• 5 级间中冷对高压级压气机性能的影响53-69
• 5.1 不同进气方案的设置53-54
• 5.2 级间中冷对高压级压气机特性曲线的影响54-57
• 5.3 级间中冷对叶轮出口熵分布的影响57-61
• 5.4 级间中冷对叶轮出口截面效率分布的影响61-64
• 5.5 级间中冷对蜗壳内部环量的影响64-66
• 5.6 级间中冷对蜗壳内部总压损失分布的影响66-68
• 5.7 本章小结68-69
• 6 总结与展望69-72
• 6.1 总结69-71
• 6.2 展望71-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文及取得的研究成果76-77
• 致谢77

【参考文献】

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本文编号：704384