高速离心空压机叶轮流场分析及性能研究

发布时间：2021-01-22 06:44

　　叶轮是高速离心空压机的核心部件,其运转速度高,叶片形状复杂。气流在叶轮内部流动为复杂的三维可压缩粘性流动,叶轮在工作时受力复杂,机组故障的65%为叶轮故障。为降低其故障率,提高机组运行效率,采用数值模拟结合实验的方法,对叶轮内部流场进行了三维数值模拟,并对影响叶轮气动性能的因素进行研究,在此基础上应用流固耦合的方法对叶片的强度进行了全面评估。主要工作如下：1、建立了叶轮内部流场的数学模型,利用CFD仿真软件CFX对叶轮内部流场进行了数值模拟,得到了其内部气流的压力场、速度场和温度场,揭示了气流在叶轮内部压力、速度、温度的变化情况,捕捉到了涡流、二次流等流动特征。2、分析得出了流量变化对叶轮出口压力、出口温度以及叶轮内部流动状况的影响规律；得出了叶顶间隙对叶轮出口压力、出口温度和叶轮内部流动的影响规律；得出了叶片数目对叶轮出口压力、出口温度和叶轮内部流动的影响规律。3、对叶轮在工作时叶片所受气动载荷的大小和分布状况进行了分析,并在综合考虑气动载荷和离心载荷的基础上,对叶轮进行了流固耦合分析,揭示了气动载荷对叶轮强度性能的影响,综合考虑叶轮的变形以及不同叶顶间隙下叶轮的气动性能,确定叶轮工... 

【文章来源】：中南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
目录
1 绪论
    1.1 概述
    1.2 课题的来源与意义
    1.3 离心空压机叶轮流场研究方法概述
    1.4 国内外叶轮流场及性能研究现状
    1.5 研究内容和方法
    1.6 本章小结
2 叶轮流场数值计算模型
    2.1 离心空压机结构及工作原理
    2.2 离心空压机叶轮内部流动数值模拟研究
        2.2.1 可压缩湍流流动控制方程
        2.2.2 叶轮流场湍流模型
    2.3 叶轮模拟边界条件
        2.3.1 入口、出口边界条件
        2.3.2 壁面条件的处理
    2.4 方程的离散与计算方法
    2.5 本章小结
3 叶轮流场数值模拟
    3.1 叶轮流道模型建立与网格划分
    3.2 边界条件的确定
    3.3 高速离心空压机叶轮内部流场模拟结果及分析
        3.3.1 压力场分析
        3.3.2 速度场分析
        3.3.3 温度场分析
    3.4 本章小结
4 离心空压机叶轮性能影响因素研究
    4.1 流量对叶轮性能的影响研究
        4.1.1 流量与入口、出口压力关系
        4.1.2 流量与入口、出口温度关系
        4.1.3 流量与叶轮效率关系
    4.2 叶顶间隙对叶轮性能的影响研究
        4.2.1 叶顶间隙与出口压力的关系
        4.2.2 叶顶间隙与出口温度的关系
        4.2.3 叶顶间隙与叶轮效率的关系
    4.3 叶片数目对叶轮性能的影响研究
        4.3.1 叶片数目与出口压力关系
        4.3.2 叶片数目与出口温度关系
        4.3.3 叶片数目与叶轮效率关系
    4.4 本章小结
5 考虑气动载荷时的叶轮力学分析
    5.1 叶轮力学有限元分析概述
    5.2 叶轮气动载荷分析
    5.3 叶轮力学有限元分析
        5.3.1 几何建模与材料属性
        5.3.2 叶轮网格划分
        5.3.3 边界条件与载荷
        5.3.4 气动载荷作用下求解结果与分析
        5.3.5 综合作用下求解结果与分析
    5.4 本章小结
6 叶轮气动性能实验研究
    6.1 实验项目
    6.2 实验设备与仪器
    6.3 实验系统
    6.4 实验步骤
    6.5 实验结果与分析
        6.5.1 流量对叶轮入口压力影响实验结果及分析
        6.5.2 流量对叶轮出口压力影响实验结果及分析
        6.5.3 流量对叶轮出口温度影响实验结果及分析
7 结论与展望
    7.1 主要工作及结论
    7.2 研究不足与展望
参考文献
攻读学位期间主要的研究成果
致谢



本文编号：2992770