蒸汽压缩蒸馏装置压缩机内部流场的分析研究

发布时间：2017-10-11 16:18

  本文关键词：蒸汽压缩蒸馏装置压缩机内部流场的分析研究

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【摘要】：随着我国载人空间飞行、深空探测技术的迅速发展,空间站废水回收的技术成为我国航天事业进步的关键。参考大量文献,蒸汽压缩蒸馏技术是废水回收的首选。罗茨压缩机是容积式压缩机械,其工作腔内部气体没有被压缩,而是依靠排气口处瞬时回流的高压气体使得工作腔内气体的压力升高。罗茨压缩机具有运转平稳性好,结构简单,输出气体干净等优点,是蒸汽压缩蒸馏装置中水蒸气压缩冷凝的最理想选择。分析罗茨转子的结构、运动参数对罗茨压缩机工作性能的影响,以便更好地完成蒸汽压缩蒸馏装置蒸发、冷凝功能。主要内容包括:针对蒸汽压缩蒸馏装置的工作要求,分析了传统罗茨压缩机转子型线的不足,建立了“圆弧——渐开线——圆弧包络线”的型线方程;利用Creo Parametric 2.0软件的参数化设计平台绘制罗茨转子型线,并进行干涉检验,以保证计算结果的正确性,并构建罗茨压缩机内部流场的二维几何模型。利用ANSYS ICEM CFD软件将模型分为进气部分,旋转区域和排气部分三个部分划分混合网格。进气部分和排气部分采用结构化网格(Quadrilateral),旋转区域采用非结构化网格(Triangle)。运用ANSYS Fluent软件对罗茨压缩机内部流场进行分析:根据罗茨压缩机的工作情况设置初始条件和边界条件,通过编写Profile宏定义旋转区域网格的运动参数,采用RNG k-e模型、湍流模型及“PISO”算法进行模拟计算。通过分析数值模拟结果得出:流场内的静压、流速的变化规律;排气流量随转子转动角度的变化规律,并找出排气流量脉动的原因。确定模拟结果的正确性后,改变罗茨压缩机的转速,最终确定合理的罗茨压缩机的转速范围;改变叶轮形状,进行对比分析,得到叶轮形状对流场的影响。已达到优化罗茨压缩机工作性能的目的。
【关键词】：蒸汽压蒸馏装置 罗茨压缩机 型线设计 动网格 数值模拟
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V444.37
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 蒸汽压缩蒸馏技术简介10-12
• 1.1.1 蒸汽压缩蒸馏装置工作原理10-11
• 1.1.2 蒸汽压缩蒸馏系统的发展历程11-12
• 1.2 蒸汽压缩蒸馏装置压缩机类型的确定12-16
• 1.2.1 压缩机的分类12-14
• 1.2.2 罗茨压缩机主体结构14-15
• 1.2.3 罗茨压缩机的工作原理15-16
• 1.3 国内外罗茨压缩机研究现状16-18
• 1.4 课题的研究内容及研究方法18-20
• 第2章 罗茨压缩机的实体建模及动态仿真20-31
• 2.1 罗茨转子型线的简介20
• 2.2 罗茨转子型线的构建20-28
• 2.2.1 传统三叶渐开线转子型线20-23
• 2.2.2 渐开线转子型线的改进设计23-28
• 2.3 罗茨转子三维实体模型的创建及动态仿真28-29
• 2.3.1 罗茨转子三维实体模型的创建28
• 2.3.2 罗茨转子的动态仿真及碰撞检验28-29
• 2.4 三叶直叶罗茨压缩机内部流场三维实体模型的创建29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 三叶直叶罗茨压缩机内部流场的数值模拟31-53
• 3.1 三叶直叶罗茨压缩机内部流场有限元模型的创建31-37
• 3.1.1 网格概述31-32
• 3.1.2 动网格技术简介32-34
• 3.1.3 网格划分软件—ANSYS ICEM CFD34-35
• 3.1.4 三叶直叶罗茨压缩机内部流场的二维模型的创建35
• 3.1.5 罗茨压缩机计算域网格划分35-37
• 3.1.6 导出ANSYS Fluent格式的有限元模型37
• 3.2 建立流体动力学控制方程37-41
• 3.2.1 质量守恒方程37-38
• 3.2.2 动量守恒方程38
• 3.2.3 能量守恒方程38-39
• 3.2.4 湍流模型39-41
• 3.3 ANSYS Fluent求解计算41-44
• 3.3.1 ANSYS Fluent软件简介41
• 3.3.2 物理参数41
• 3.3.3 边界条件41-42
• 3.3.4 初始条件42
• 3.3.5 非一致网格交界面设置42
• 3.3.6 动网格设置42-44
• 3.3.7 求解器设置44
• 3.4 数值模拟结果分析44-52
• 3.4.1 排气.质量流量随转子转角的变化情况44-46
• 3.4.2 进气.和排气.压力随转子转角的变化情况46-47
• 3.4.3 典型时刻的速度变化47-50
• 3.4.4 典型时刻的压力变化50-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第4章 转速和叶型对排气.质量流量的影响53-60
• 4.1 分析转速对罗茨压缩机排气.质量流量的影响53-55
• 4.2 分析罗茨转子叶轮形状对压缩机排气.流量的影响55-59
• 4.2.1 三叶扭叶罗茨转子三维实体模型的创建55-56
• 4.2.2 三叶扭叶罗茨压缩机内部流场有限元模型的创建56-57
• 4.2.3 三叶扭叶罗茨压缩机内部流场数值模拟结果分析57-59
• 4.3 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-66
• 导师简介66-67
• 作者简介67-68
• 学位论文数据集68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 江帆;陈维平;王一军;区嘉洁;;基于动网格的离心泵内部流场数值模拟[J];流体机械;2007年07期

2 ;EXPERIMENTAL RESEARCH ON AERODYNAMIC PERFORMANCE AND EXIT FLOW FIELD OF LOW PRESSURE AXIAL FLOW FAN WITH CIRCUMFERENTIAL SKEWED BLADES[J];Journal of Hydrodynamics;2007年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 赵永东;螺旋式三叶罗茨泵设计与转子CAD研究[D];哈尔滨工程大学;2001年

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本文编号：1013532