带孔式机匣处理半开式离心叶轮数值研究

发布时间：2017-08-01 22:17

  本文关键词：带孔式机匣处理半开式离心叶轮数值研究

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【摘要】：离心压缩机广泛应用于国民经济各个部门，是流动系统中的重要关键设备。失速和喘振是离心压缩机在小流量工况下出现的非稳定流动现象，为压缩机稳定安全运行带来极大的隐患。因而，研究压缩机的失速、探索喘振机理，进而扩大压缩机的稳定运行工作范围一直是行业关注的热点。 在本课题组前期提出的一种新型的具有自适应功能的孔式机匣处理方法的基础上，本文采用数值计算方法细致地分析了某半开式带机匣处理和无机匣处理离心压缩机流动通道内部的流动规律，包括孔内流动、叶顶间隙、非定常、非稳定流动情况，具体研究内容如下： 1.采用BladeGen对该压缩机流道和叶片进行三维造型。采用TurboGrid对叶片流道进行了结构化网格的划分，并对网格进行了无关性验证，选取了网格总数为77万的网格；通过不同湍流模型的计算结果和实验对比，选取了合适的SST湍流模型。采用PROE对孔式机匣处理结构进行了3维的造型，并采用ICEM划分了单块的结构化网格。 2.课题组前期的计算都是基于单流道的计算，，同时考虑到孔式机匣处理和叶轮流道之间存在错位，本文对带机匣处理和无机匣处理的压缩机尝试采用了4流道进行了丛阻塞工况到失速工况的全工况的定常计算，来了解多流道对计算结果的影响，同时对比分析了三种典型工况下（近失速工况，近设计工况，近阻塞工况）叶片流道和孔内的流动特性。 3.由于定常计算结果不适合模拟压缩机在非设计工况下的非稳定流动特性，因此本文首先采用边界条件不变的非定常计算方法，计算结果表明在非设计工况下，压缩机的特性曲线有定常计算的结果有所区别。着重研究了压缩机在带机匣处理和无机匣处理的三种典型工况下叶顶间隙和孔内的流动特性的变化。 4.为了模拟压缩机逼近失速工况时，机匣处理结构在设计工况下到失速工况这段过程中连续的变化过程，本文采用背压随时间不断提高的非定常边界设置方法对流动通道进行了非定常模拟，并且通过对不同位置在逼近失速过程的压力变化趋势和频谱分析来了解压缩机的失速机理和机匣处理结构的作用机理。 5.针对孔式机匣处理方法中参数的选择，本文对影响机匣处理结构的比较重要的参数进行了定常的数值研究，通过仅改变抽吸孔径向位置，集气腔位置，集气腔宽度共三种孔式机匣处理结构参数，分析采用不同孔式机匣处理参数对压缩机的扩稳效果和性能产生何种影响，并得到了相对较优的机匣处理结构。
【关键词】：离心压缩机 孔式机匣处理 失速 数值模拟 非定常边界条件
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH452
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 `研究背景和意义11
• 1.2 压缩机旋转失速11-15
• 1.2.1 旋转失速的研究历史12-13
• 1.2.2 旋转失速的最新研究进展13-15
• 1.3 机匣处理扩稳技术15-17
• 1.3.1 机匣处理技术的研究历史15
• 1.3.2 机匣处理技术的最新研究进展15-17
• 1.4 本文研究内容17-19
• 第二章 数值方法研究19-32
• 2.1 控制方程19-20
• 2.2 湍流模型20-23
• 2.2.1 k-ε模型21
• 2.2.2 RNG k-ε模型21-22
• 2.2.3 Wilcox k-w模型22
• 2.2.4 SST k-w模型22-23
• 2.3 交界面处理23-24
• 2.4 离心叶轮流道数值方法研究24-30
• 2.4.1 研究对象24
• 2.4.2 网格划分与无关性24-26
• 2.4.3 湍流模型选择26
• 2.4.4 边界条件和收敛条件26-27
• 2.4.5 极限工况点27
• 2.4.6 性能曲线对比27-28
• 2.4.7 流场对比28-30
• 2.4.8 基于 SST 模型的流道流场细节30
• 2.5 本章小结30-32
• 第三章 带孔式机匣处理的离心叶轮定常数值研究32-43
• 3.1 孔式机匣处理方法32-33
• 3.2 数值计算方法33-35
• 3.2.1 几何建模33
• 3.2.2 网格划分33-34
• 3.2.3 计算设置及收敛条件34-35
• 3.3 特性曲线分析35-37
• 3.4 孔内流动分析37-40
• 3.5 叶轮流道内流场分析40-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第四章 非定常数值分析43-52
• 4.1 计算设置及收敛条件43
• 4.2 特性曲线43-44
• 4.3 流场分析44-49
• 4.3.1 大流量工况44-46
• 4.3.2 近设计工况46-48
• 4.3.3 小流量工况48-49
• 4.4 不同流量下孔内非定常流动49-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第五章 近失速的非定常特性分析52-69
• 5.1 计算设置和收敛条件52-53
• 5.2 监测点压力分析53-62
• 5.2.1 近叶顶集气腔附近分析53-58
• 5.2.2 近叶顶抽吸孔附近压力分析58-61
• 5.2.3 近叶轮出口和扩压器内分析61-62
• 5.3 叶顶沿流道压力频谱分析62-66
• 5.4 孔内流动情况66
• 5.5 流场分析66-67
• 5.6 本章小结67-69
• 第六章 孔式机匣处理结构参数研究69-92
• 6.1 不同抽吸孔位置69-77
• 6.1.1 计算模型和方法70-71
• 6.1.2 抽吸孔径向位置对压缩机性能的影响71-72
• 6.1.3 抽吸孔径向位置对压缩机扩稳效果的影响72-73
• 6.1.4 孔内流动情况73-77
• 6.2 不同集气腔位置77-84
• 6.2.1 计算模型和方法77-78
• 6.2.2 集气腔位置对压缩机性能的影响78-79
• 6.2.3 集气腔位置对压缩机扩稳效果的影响79-81
• 6.2.4 孔内流动情况81-84
• 6.3 不同集气腔宽度84-91
• 6.3.1 计算模型和方法84-85
• 6.3.2 集气腔宽度对压缩机性能的影响85-86
• 6.3.3 集气腔宽度对压缩机扩稳效果性能的影响86-88
• 6.3.4 孔内流动情况88-91
• 6.4 本章小结91-92
• 第七章 全文总结92-94
• 7.1 主要结论92-93
• 7.2 研究展望93-94
• 参考文献94-98
• 图录98-101
• 表录101-102
• 致谢102-103
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文103

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 刘方涛;;我国乙烯工业现状及发展前景[J];化学工业;2010年01期

2 徐伟;王彤;谷传纲;;抽吸孔数目对孔式机匣处理方式效果的影响[J];机械工程学报;2011年18期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 徐伟;具有自适应功能的离心压缩机孔式机匣处理方法理论与实验研究[D];上海交通大学;2011年

2 郭强;带无叶扩压器的离心压缩机失速现象的实验和数值研究[D];上海交通大学;2007年

本文编号：606456