基于OpenFOAM的离心压气机流场数值研究
发布时间：2021-07-29 12:05
基于开源平台OpenFOAM建立离心压气机数值计算程序,分别使用SSTk-ω和Spalart-Allmaras两种湍流模型对带无叶扩压器的离心压气机进行了全流道数值模拟,从压力、速度、熵产等多个角度分析了离心压气机内部流场特性,探究了不同湍流模型对数值模拟结果的影响。结果表明:SST k-ω能更好地反映二次流、涡流、流动分离等现象,Spalart-Allmaras湍流模型中叶轮射流-尾流影响较大;由间隙泄漏流引起的低速区从叶顶前缘逐步发展到叶顶尾缘,最后进入无叶扩压器进行增压降速,形成了流动损失,降低了离心压气机效率;离心压气机内部高熵区主要集中在轮盖侧,轮盘侧相对于轮盖侧熵值较小,离心压气机流道内部熵值随叶高增加而增加。
【文章来源】：电力科学与工程. 2020,36(04)
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
离心叶轮与无叶扩压器几何模型
使用AutoGrid软件对离心叶轮进行网格划分，拓扑结构选择default,hub和shroud与叶片的间隙为0.2 mm，对叶片前后缘、叶顶间隙及叶片壁面设置边界层数进行网格加密，完成对单个流道高质量网格的划分。在Gambit中对无叶扩压器进行六面体结构化网格划分，应用尺寸函数对无叶扩压器壁面附近进行网格加密，设置边界层网格为15层，增长率为1.2，以保证壁面附近的Y+值为1附近。经过网格无关性验证，最终选取离心压气机网格为650万。其中离心叶轮网格数量为400万，无叶扩压器网格为250万。离心叶轮单流道网格示意图如图2所示。1.2 控制方程
为验证数值模型计算方法的准确性，以公开发表实验数据报告的LSCC离心叶轮为研究对象[19]，将基于SST k-ω湍流模型数值模拟结果与实验结果进行对比。通过改变进口流量工况，获得不同流量工况下的流量-总压比性能曲线，结果如图3所示。由图3可知，模拟结果总体上要低于实验值，但性能曲线变化趋势一致且比较接近，最大偏差为9.3%。由于叶轮机械结构复杂，对网格数和网格质量要求较高，且选择的湍流模型不同，数值离散方法带来的差异，计算求解器选择不同，这些都可能造成数值计算结果与实验值偏差。因此可以认为，本文的计算结果是准确的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于流固耦合的离心式压气机叶轮叶片仿真研究[J]. 王定标,韩落乐,王光辉,彭旭. 热科学与技术. 2020(01)
[2]多源不确定耦合下离心压气机叶轮气动稳健性[J]. 唐新姿,王喆,王效禹,袁可人,彭锐涛. 航空动力学报. 2020(01)
[3]组合压气机气动优化设计与试验验证[J]. 田江涛,唐方明,陈鼎欣,简卫斌,银越千. 燃气涡轮试验与研究. 2019(05)
[4]周向布局对高压比串列离心压气机性能的影响[J]. 康达,何卫东,徐毅,刘志杰. 推进技术. 2020(04)
[5]叶端加不同小翼对Krain离心叶轮气动性能影响的数值研究[J]. 陈亚莉,孙中国,唐永洪,赵阳. 西安交通大学学报. 2019(11)
[6]基于OpenFOAM的化工泵全流场数值模拟及性能预测[J]. 黄思,危逸枫,郭晨光,康文明. 油气储运. 2019(07)
[7]离心叶轮与无叶扩压器的多相位动态测试分析[J]. 薛翔,王彤,奚铭铮. 工程热物理学报. 2018(09)
[8]叶顶间隙几何不确定性对离心叶轮气动性能的影响[J]. 傅珏,蒋伟,柳一鸣,琚亚平,张楚华. 西安交通大学学报. 2018(11)
[9]U型进气管道对某离心压气机性能的影响[J]. 王磊磊,老大中,赵奔,刘恒,杨策. 航空动力学报. 2015(09)
[10]基于OpenFOAM的离心泵内部流动数值模拟[J]. 任芸,刘厚林,吴登昊,谈明高,舒敏骅. 应用基础与工程科学学报. 2012(06)
博士论文
[1]叶轮机械非定常伴随优化[D]. 马灿.清华大学 2016
本文编号：3309291
【文章来源】：电力科学与工程. 2020,36(04)
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
离心叶轮与无叶扩压器几何模型
使用AutoGrid软件对离心叶轮进行网格划分，拓扑结构选择default,hub和shroud与叶片的间隙为0.2 mm，对叶片前后缘、叶顶间隙及叶片壁面设置边界层数进行网格加密，完成对单个流道高质量网格的划分。在Gambit中对无叶扩压器进行六面体结构化网格划分，应用尺寸函数对无叶扩压器壁面附近进行网格加密，设置边界层网格为15层，增长率为1.2，以保证壁面附近的Y+值为1附近。经过网格无关性验证，最终选取离心压气机网格为650万。其中离心叶轮网格数量为400万，无叶扩压器网格为250万。离心叶轮单流道网格示意图如图2所示。1.2 控制方程
为验证数值模型计算方法的准确性，以公开发表实验数据报告的LSCC离心叶轮为研究对象[19]，将基于SST k-ω湍流模型数值模拟结果与实验结果进行对比。通过改变进口流量工况，获得不同流量工况下的流量-总压比性能曲线，结果如图3所示。由图3可知，模拟结果总体上要低于实验值，但性能曲线变化趋势一致且比较接近，最大偏差为9.3%。由于叶轮机械结构复杂，对网格数和网格质量要求较高，且选择的湍流模型不同，数值离散方法带来的差异，计算求解器选择不同，这些都可能造成数值计算结果与实验值偏差。因此可以认为，本文的计算结果是准确的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于流固耦合的离心式压气机叶轮叶片仿真研究[J]. 王定标,韩落乐,王光辉,彭旭. 热科学与技术. 2020(01)
[2]多源不确定耦合下离心压气机叶轮气动稳健性[J]. 唐新姿,王喆,王效禹,袁可人,彭锐涛. 航空动力学报. 2020(01)
[3]组合压气机气动优化设计与试验验证[J]. 田江涛,唐方明,陈鼎欣,简卫斌,银越千. 燃气涡轮试验与研究. 2019(05)
[4]周向布局对高压比串列离心压气机性能的影响[J]. 康达,何卫东,徐毅,刘志杰. 推进技术. 2020(04)
[5]叶端加不同小翼对Krain离心叶轮气动性能影响的数值研究[J]. 陈亚莉,孙中国,唐永洪,赵阳. 西安交通大学学报. 2019(11)
[6]基于OpenFOAM的化工泵全流场数值模拟及性能预测[J]. 黄思,危逸枫,郭晨光,康文明. 油气储运. 2019(07)
[7]离心叶轮与无叶扩压器的多相位动态测试分析[J]. 薛翔,王彤,奚铭铮. 工程热物理学报. 2018(09)
[8]叶顶间隙几何不确定性对离心叶轮气动性能的影响[J]. 傅珏,蒋伟,柳一鸣,琚亚平,张楚华. 西安交通大学学报. 2018(11)
[9]U型进气管道对某离心压气机性能的影响[J]. 王磊磊,老大中,赵奔,刘恒,杨策. 航空动力学报. 2015(09)
[10]基于OpenFOAM的离心泵内部流动数值模拟[J]. 任芸,刘厚林,吴登昊,谈明高,舒敏骅. 应用基础与工程科学学报. 2012(06)
博士论文
[1]叶轮机械非定常伴随优化[D]. 马灿.清华大学 2016
本文编号：3309291
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/3309291.html
