离心式空气压缩机级内流动特性及叶轮参数的数值分析

发布时间：2017-10-19 20:37

  本文关键词：离心式空气压缩机级内流动特性及叶轮参数的数值分析

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【摘要】：离心式空气压缩机是一种重要的工业设备,在石油化工、能源动力以及矿山冶金等领域发挥了非常关键的作用。长期以来,提高运行效率,降低能源消耗,一直是离心空压机研究的重要目标。为了实现这一目标,科研工作者需要详细了解离心空压机的内部流动特性。采用计算流体动力学的方法,能够准确地获取离心空压机内部流场的详细信息,可以有效弥补实验测试的不足。本文使用商业CFD软件对大型化工离心空压机整级进行数值计算,分析级内流体的流动特性。本文工作包含以下4个方面： 首先,使用SolidWorks软件建立离心空压机整级的几何模型,使用ICEM CFD软件生成离心空压机整级的六面体网格并进行网格无关性检测,建立满足准确性要求的网格模型。 其次,基于多重参考系模型对多个流量工况下离心空压机的级内流动进行稳态模拟计算,得到了离心空压机整级的压比和多变效率曲线。对叶轮和静止部件分别进行了流动特性分析。针对叶轮,详细分析了大流量、设计流量以及小流量三种工况下的压力场、速度场、流线分布以及射流尾迹结构。针对扩压器、折弯和回流器,详细分析了压力场、速度场、气流角分布以及流动损失机理。 再次,基于节流阀模型对离心空压机级内旋转失速进行瞬态模拟计算。通过分析不同节流阀开度情况下的压力场和速度场,研究旋转失速的发展规律。 最后,基于混合交界面模型分别对不同叶片数、叶片厚度、叶片出口安装角以及叶轮转速情况下离心空压机的级内流动进行稳态模拟计算,得到了不同参数情况下离心空压机的整级特性曲线,详细分析了各参数变化对离心空压机整级性能的影响。
【关键词】：离心空压机 数值模拟 旋转失速 叶轮参数
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH452
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 离心空压机内部流场数值模拟方法的发展12-13
• 1.3 离心空压机内部流场数值模拟的研究进展13
• 1.4 常用CFD软件介绍13-14
• 1.5 本文主要研究内容14-16
• 第2章 数学计算模型16-25
• 2.1 基本控制方程16
• 2.2 湍流数值模拟16-21
• 2.2.1 湍流数值模拟方法分类17-18
• 2.2.2 Spalart-Allmaras模型18
• 2.2.3 标准k-ε模型18-19
• 2.2.4 壁面函数法19-21
• 2.3 数值离散方法21-22
• 2.4 数值计算方法22-23
• 2.5 转、静子交界面的处理方法23-24
• 2.5.1 多重参考系模型(MRF)23-24
• 2.5.2 混合平面模型(Mixing Plane)24
• 2.5.3 滑移网格模型(Sliding Meshes)24
• 2.6 本章小结24-25
• 第3章 离心空压机整级的物理模型与网格模型25-35
• 3.1 离心空压机整级的物理模型25-26
• 3.2 离心空压机整级的计算模型26-27
• 3.3 离心空压机整级的网格模型27-30
• 3.3.1 ICEM CFD网格技术27-28
• 3.3.2 网格划分方式28
• 3.3.3 网格无关性28-30
• 3.4 数值模拟设置30
• 3.5 GHOST叶轮验证30-31
• 3.6 基本性能参数31-33
• 3.7 本章小结33-35
• 第4章 级内流动特性的稳态模拟分析35-53
• 4.1 稳态模拟设置35
• 4.2 离心空压机整级性能曲线分析35-37
• 4.3 叶轮流动特性分析37-45
• 4.3.1 叶轮流场分析37-41
• 4.3.2 气流流线分析41-42
• 4.3.3 射流尾迹分析42-45
• 4.4 静止元件流动特性分析45-51
• 4.4.1 无叶扩压器流动特性分析46-47
• 4.4.2 弯道流动特性分析47-49
• 4.4.3 回流器流动特性分析49-50
• 4.4.4 出口段流动特性分析50-51
• 4.5 本章小结51-53
• 第5章 旋转失速的瞬态模拟分析53-60
• 5.1 发生旋转失速的方法53
• 5.2 旋转失速出口模型53-54
• 5.3 旋转失速数值模拟方法54-55
• 5.4 旋转失速流场分析55-59
• 5.4.1 瞬时静压分布55-57
• 5.4.2 瞬时速度分布57-59
• 5.5 本章小结59-60
• 第6章 叶轮参数对整级性能的影响分析60-68
• 6.1 叶片数对整级性能的影响60-63
• 6.2 叶片厚度对整级性能的影响63-64
• 6.3 叶轮出口安装角对整级性能的影响64-66
• 6.4 叶轮转速对整级性能的影响66-67
• 6.5 本章小结67-68
• 第7章 结论与展望68-70
• 7.1 本文结论68
• 7.2 工作展望68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士学位期间论文发表情况75-76
• 附录76-77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘正先,曹淑珍,谷传纲,苗永淼,范春辉;离心叶轮内三维湍流流场的实验研究[J];工程热物理学报;1999年05期

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本文编号：1063207