高压比离心压气机低稠度扩压器的设计

发布时间：2017-05-15 06:07

  本文关键词：高压比离心压气机低稠度扩压器的设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：叶轮和扩压器是离心压气机最重要的两个部件，叶轮和扩压器设计水平的优劣直接影响离心压气机的性能指标。对现在的设计来说，叶轮的设计水平已经比较成熟，，很难再有进一步的提高，在这种背景下，如何设计出既能提高效率又能保证有较宽广的运行范围的扩压器是当前研究的热点问题。 本文根据某离心压气机的实体模型，借助建模软件UG提取叶轮和扩压器数据，通过减少扩压器叶片数的方法设计了四种不同稠度扩压器，在网格软件Turbogrid中建立计算模型并划分网格后，利用流体分析软件CFX对四种稠度的扩压器进行内部流场的模拟，对其不同转速下的变工况性能进行了数值模拟计算，得出四种扩压器的压比流量和效率流量特性曲线以及各扩压器流场流动各参数的分布云图，着重讨论了稠度对扩压器的扩压能力、稳定工作范围和效率的影响，分析了扩压器内部的流动，形成涡流以及流场主要损失的原因，其中包括滞止损失、分离回流等。无论是在高工况还是低工况工作的情况下，低稠度扩压器的工作范围都要比叶片扩压器的工作范围宽广，喘振边界明显比叶片扩压器的喘振边界更靠左。在小流量接近喘振线附近，四种稠度的扩压器在各个工况的效率相差不大，都在88%左右，但是两种低稠度扩压器的等熵效率随着流量的增加效率线下降得比较缓慢，尤其是稠度是0.49的扩压器在工作范围内的效率远大于其他三种扩压器。 基于原叶型模拟计算流场流动存在不足的基础上，本文利用CFX BladeGen造型软件重新设计了叶片形状，并对两种低稠度扩压器进行了数值模拟。将改变叶型前后得到压比流量和效率流量特性曲线进行对比，分析了叶型变化对压气机性能参数的影响。改变叶型后，两种低稠度扩压器的压比、流量和效率等性能参数都有所改善，通道中存在的气流流动恶化情况也有所改善。
【关键词】：离心压气机 低稠度 扩压器 设计 数值模拟
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH452
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 研究背景及意义11-14
• 1.2 压气机扩压器的经典研究回顾14-16
• 1.3 叶轮机械内部流场的研究方法16-20
• 1.4 计算流体力学与 CFD 软件20-21
• 1.5 本文主要内容21-23
• 第2章 数值计算方法23-33
• 2.1 前言23
• 2.2 计算模型23-26
• 2.2.1 CFX 介绍23-25
• 2.2.2 控制方程25
• 2.2.3 数值求解方法25-26
• 2.3 湍流模型26-31
• 2.3.1 k-ε模型27-29
• 2.3.2 标准 k-ω模型29-30
• 2.3.3 BSL 模型30-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第3章 离心压气机计算模型的建立33-44
• 3.1 压气机模型33-34
• 3.2 离心压气机几何数据的处理34-36
• 3.2.1 叶轮截面线的创建34-35
• 3.2.2 扩压器截面线的创建35-36
• 3.3 建立几何模型36-39
• 3.3.1 压气机几何模型的建立36-38
• 3.3.2 扩压器模型的建立38-39
• 3.4 网格的生成39-42
• 3.4.1 CFX 网格划分软件39-40
• 3.4.2 压气机几何模型网格的划分40-42
• 3.5 边界条件处理42-43
• 3.5.1 边界条件42
• 3.5.2 交界面42-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第4章 低稠度扩压器流场数值计算结果分析44-58
• 4.1 稠度的定义44-45
• 4.2 相关条件的设定45-46
• 4.2.1 计算域属性的设定45
• 4.2.2 计算域上边界条件的创建45-46
• 4.2.3 收敛准则46
• 4.3 计算结果的数值分析46-49
• 4.3.1 压气机主要性能参数46-47
• 4.3.2 压气机的特性曲线47-49
• 4.4 扩压器的流场分析49-56
• 4.4.1 扩压器流道速度场的分析49-51
• 4.4.2 扩压器流道压力场的分析51-53
• 4.4.3 扩压器流场马赫数的分布53-54
• 4.4.4 扩压器流场熵的分布54-56
• 4.5 本章小结56-58
• 第5章 不同叶型低稠度扩压器流场数值计算结果分析58-67
• 5.1 叶片形状的设计58-60
• 5.1.1 CFX Blade Gen 简介58
• 5.1.2 叶片参数化方法及设计变量的选取58-60
• 5.2 计算结果的数值分析60-61
• 5.3 扩压器的流场分析61-66
• 5.3.1 扩压器流道速度场的分析图61-62
• 5.3.2 扩压器流道压力场的分析62-64
• 5.3.3 扩压器流场马赫数的分布64-65
• 5.3.4 扩压器流场熵的分布65-66
• 5.4 本章小结66-67
• 结论67-69
• 参考文献69-74
• 致谢74

【参考文献】

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本文编号：367005