本文選題：離心壓縮機　切入點：雙級　出處：《中國科學院研究生院(工程熱物理研究所)》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：在儲能過程中,壓縮子系統(tǒng)向儲罐充氣,壓縮機排氣壓力持續(xù)升高,導致壓縮機運行工況點持續(xù)變化。為了盡可能擴大離心壓縮機的穩(wěn)定工作范圍同時獲得較高的平均運行效率,改變進口導葉開度是常用的調節(jié)方法之一。本文以每級前均帶有可調導葉的帶級間冷卻的雙級離心壓縮機為研究對象,通過性能預測和數(shù)值模擬方法,分析離心壓縮機的導葉調節(jié)規(guī)律及其內部流動變化,主要研究內容如下：1.對離心壓縮機可調導葉變工況調節(jié)進行性能預測研究。選取壓縮機級內11種經驗損失模型,通過Matlab建立性能預測程序,結果表明性能預測能夠準確計算離心壓縮機設計工況性能,偏離設計工況程度越大誤差越大。充分考慮級內損失的分布規(guī)律,通過流量系數(shù)對4種主要損失進行修正,壓比、效率最大誤差控制在5%以內,效率最高點的預測值與模擬值基本吻合。2.利用預測模型計算雙級離心壓縮機導葉聯(lián)合調節(jié)性能。與數(shù)值模擬相比,壓比在近堵塞時誤差逐漸增大,最大在6%左右；效率曲線與模擬曲線在近失速和堵塞時誤差都有所增大,堵塞處更明顯,最大在8.3%左右,效率最高點的預測值與模擬值基本吻合。3.分別對一、二級離心壓縮機導葉調節(jié)進行數(shù)值模擬,分析調節(jié)規(guī)律產生機理。結果表明,小流量時葉輪進口攻角大,較大正開度改善了葉尖尾部吸力面的流動情況,降低壓縮機在較小流量時失速的可能,導葉調節(jié)擴大了離心壓縮機穩(wěn)定運行工況；開度越大,葉輪內速度梯度越大,馬赫數(shù)分布更加不均勻,級內損失增加,導葉調節(jié)時效率有所下降。4.利用多孔介質模擬級間冷卻器,對雙級離心壓縮機導葉聯(lián)合調節(jié)進行數(shù)值模擬。當?shù)谝弧⒍墝~都為負開度時壓比增大,其余組合壓比降低,任意導葉開度組合效率性能較基準工況降低。與無調節(jié)和單級導葉調節(jié)相比,雙級聯(lián)調大幅擴大了雙級離心壓縮機的穩(wěn)定運行范圍。雙級聯(lián)調效率高,絕大部分工況在80%以上。5.導葉調節(jié)時,在葉輪進口負開度時葉尖吸力面處的高速流體范圍增大,正開度時隨著開度增大,葉尖吸力面處的高速流體逐漸消失,并在葉尖壓力面處出現(xiàn)；葉輪尾部吸力面靠近葉根處存在低速低能流體區(qū)域,隨著開度增大尾跡區(qū)縮小。
[Abstract]:In the process of energy storage, the compression subsystem inflates to the tank, and the compressor exhaust pressure increases continuously. In order to enlarge the stable working range of centrifugal compressor and obtain higher average operating efficiency, Changing the opening of the inlet guide vane is one of the commonly used regulating methods. In this paper, the two-stage centrifugal compressor with adjustable guide vane before each stage is taken as the research object, and the performance prediction and numerical simulation method are used. The regulation law of guide vane and its internal flow change of centrifugal compressor are analyzed. The main research contents are as follows: 1. The performance prediction of adjustable guide vane regulation of centrifugal compressor is carried out. 11 kinds of empirical loss models in compressor stage are selected. The performance prediction program is established by Matlab. The results show that the performance prediction can accurately calculate the design performance of centrifugal compressor, and the greater the deviation from the design condition, the greater the error. The four main losses are corrected by flow coefficient. The maximum error of pressure ratio and efficiency is controlled within 5%. The predicted value of the highest point of efficiency is basically in agreement with the simulated value. 2. The combined governing performance of the guide vane of the two-stage centrifugal compressor is calculated by using the prediction model. Compared with the numerical simulation, the error of the pressure ratio in the near clogging increases gradually, the maximum is about 6%; The error between the efficiency curve and the simulation curve increases at near stall and clogging, and the clogging is more obvious, the maximum is about 8.3%, and the predicted value of efficiency highest point is basically consistent with the simulated value. Numerical simulation of guide vane regulation of two-stage centrifugal compressor is carried out and the mechanism of regulation law is analyzed. The results show that the impeller inlet angle of attack is large and the larger positive opening improves the flow situation of the suction surface at the tip tail of the blade when the flow rate is small. Reducing the possibility of compressor stall at a lower flow rate, the guide vane regulation expands the stable operating condition of the centrifugal compressor; the greater the opening degree, the greater the velocity gradient in the impeller, the more uneven the Mach number distribution, and the greater the loss in the stage. The efficiency of the guide vane is decreased. 4. By using porous media to simulate the interstage cooler, the combined regulation of the guide vane of the two-stage centrifugal compressor is numerically simulated. When the second stage guide vane is negative opening, the pressure ratio increases, while the other combined pressure ratio decreases. The combined efficiency performance of arbitrary guide vane opening is lower than that of the reference working condition. Compared with the non-adjustment and single-stage guide vane regulation, the double-cascade adjustment greatly expands the stable operation range of the two-stage centrifugal compressor. The double-cascade adjustment efficiency is high. Most of the working conditions are above 80% .5.When the guide vane adjusts, the range of high speed fluid at the suction surface of the tip increases when the inlet of the impeller is negative, and the high speed fluid at the suction surface of the tip gradually disappears with the increase of the opening. At the tip pressure surface, there is a low-velocity low-energy fluid region near the impeller tail suction surface near the blade root, and the wake area shrinks with the increase of opening.
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(工程熱物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH452

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