發(fā)布時(shí)間：2020-06-22 11:37

【摘要】：離心壓縮機(jī)是一種典型的能量轉(zhuǎn)換裝置,其主要的工作原理是氣流經(jīng)過葉輪流道,在高速旋轉(zhuǎn)的葉輪帶動(dòng)下,獲得從原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為而來的動(dòng)能和壓力能。離心壓縮機(jī)中的擴(kuò)壓器、回流器等固定元件,對(duì)提高離心壓縮機(jī)整級(jí)的性能、拓寬穩(wěn)定運(yùn)行的工況范圍發(fā)揮著舉足輕重的作用。固定元件因?yàn)槭艿缴嫌稳~輪對(duì)流動(dòng)帶來的影響以及本身葉片結(jié)構(gòu)對(duì)內(nèi)部流動(dòng)的約束,其內(nèi)部流動(dòng)十分復(fù)雜,因此探索固定元件內(nèi)部的流動(dòng)機(jī)理對(duì)合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化結(jié)構(gòu)具有很大的指導(dǎo)意義。本文針對(duì)沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠提供的LB56150 KY108離心壓縮機(jī)模型級(jí)的固定元件(擴(kuò)壓器和回流器),借助旋轉(zhuǎn)機(jī)械流動(dòng)數(shù)值分析專用軟件NUMECA,進(jìn)行內(nèi)部流場(chǎng)分析和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,擴(kuò)大原模型級(jí)的穩(wěn)定工況,提高壓縮機(jī)的整級(jí)性能。擴(kuò)壓器改型的第一部分主要分析了葉片擴(kuò)壓器與葉輪的徑向間隙(無葉擴(kuò)壓段長(zhǎng)度)對(duì)離心壓縮機(jī)性能的影響。在擴(kuò)壓器入口半徑與葉輪出口半徑比R_3/R_2=1.06~1.20的范圍內(nèi)對(duì)六個(gè)不同無葉擴(kuò)壓段長(zhǎng)度的模型進(jìn)行數(shù)值模擬,得出的結(jié)論是:在原模型的基礎(chǔ)上無葉擴(kuò)壓段的長(zhǎng)度逐漸增大,減少了葉輪出口近輪蓋處的不穩(wěn)定流動(dòng)分離渦,優(yōu)化了擴(kuò)壓器入口處的氣流角分布均勻性,從而改善了葉輪,擴(kuò)壓器以及壓縮機(jī)整級(jí)的性能。但是無葉擴(kuò)壓段長(zhǎng)度過大(R_3/R_2≥1.20)會(huì)造成嚴(yán)重的流動(dòng)損失,使壓縮機(jī)整級(jí)的性能大幅下降。擴(kuò)壓器改型的第二部分分析了葉片擴(kuò)壓器的不同收縮方式對(duì)離心壓縮機(jī)性能的影響。本文研究了沿輪轂、輪蓋、輪轂+輪蓋三種方式的擴(kuò)壓器寬度收縮對(duì)離心壓縮機(jī)性能的影響,三種方式收縮的比例保持一致。發(fā)現(xiàn)葉片擴(kuò)壓器寬度收縮能拓寬離心壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行工況,大幅提高小流量工況下壓縮機(jī)的多變效率和壓比,其中僅沿輪蓋收縮處的方式擴(kuò)穩(wěn)與提高性能的效果最優(yōu)。擴(kuò)壓器寬度收縮優(yōu)化了葉片擴(kuò)壓器進(jìn)出口的氣流角及徑向周向速度的分布,減小了擴(kuò)壓器內(nèi)的流動(dòng)分離渦。在離心壓縮機(jī)的回流器葉片結(jié)構(gòu)的研究中,對(duì)不同回流器入口安裝角的離心壓縮機(jī)級(jí)性能進(jìn)行了數(shù)值模擬,并利用能量梯度理論對(duì)不同入口安裝角下的回流器內(nèi)部的流動(dòng)狀況進(jìn)行分析,得到每一種模型的能量梯度函數(shù)K的分布。結(jié)果表明,回流器最容易發(fā)生失穩(wěn)的位置在回流器葉片的尾部及出口位置。在設(shè)計(jì)工況下,回流器入口安裝角在37°附近時(shí)多變效率和壓比最高。
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH452
【圖文】：

(b)葉輪 (c)擴(kuò)壓器 (d)回流器圖 2.1 離心壓縮機(jī)三維建模圖2.2 網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分與數(shù)值計(jì)算的內(nèi)在原理是差分化微分方程，對(duì)計(jì)算域內(nèi)的網(wǎng)格進(jìn)行求解得到離散的數(shù)值解。因此，CFD 數(shù)值模擬的準(zhǔn)確度主要是由求解器的數(shù)值精度所決定的(如離散格式和計(jì)算方法)。若求解器已經(jīng)確定，網(wǎng)格的質(zhì)量很大程度上決定其計(jì)算精度和收斂速度。所以說求解器的數(shù)值誤差部分主要是由網(wǎng)格質(zhì)量決定的。NUMECA針對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的葉片幾何特征專門設(shè)計(jì)了網(wǎng)格自動(dòng)生成模塊IGG/AutoGrid，該模塊提供了 H 型網(wǎng)格、I 型網(wǎng)格、HOH 型網(wǎng)格以及復(fù)合型網(wǎng)格四種結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格可供選擇。三種網(wǎng)格結(jié)構(gòu)如圖 2.2(a)、(b)、(c)所示。

件改型的擴(kuò)穩(wěn)研究10(b)葉輪 (c)擴(kuò)壓器 (d)回流器圖 2.1 離心壓縮機(jī)三維建模圖2.2 網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分與數(shù)值計(jì)算的內(nèi)在原理是差分化微分方程，對(duì)計(jì)算域內(nèi)的網(wǎng)格進(jìn)行求解得到離散的數(shù)值解。因此，CFD 數(shù)值模擬的準(zhǔn)確度主要是由求解器的數(shù)值精度所決定的(如離散格式和計(jì)算方法)。若求解器已經(jīng)確定，網(wǎng)格的質(zhì)量很大程度上決定其計(jì)算精度和收斂速度。所以說求解器的數(shù)值誤差部分主要是由網(wǎng)格質(zhì)量決定的。NUMECA針對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的葉片幾何特征專門設(shè)計(jì)了網(wǎng)格自動(dòng)生成模塊IGG/AutoGrid，該模塊提供了 H 型網(wǎng)格、I 型網(wǎng)格、HOH 型網(wǎng)格以及復(fù)合型網(wǎng)格四種結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格可供選擇。三種網(wǎng)格結(jié)構(gòu)如圖 2.2(a)、(b)、(c)所示。(a) H (b) H-I (c)H-O-H圖 2.2 結(jié)構(gòu)畫網(wǎng)格類型本文結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的劃分形式采用 HOH 網(wǎng)格，其對(duì)節(jié)距角較大的葉片結(jié)構(gòu)比較適用，能同時(shí)保證周期邊界的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)匹配性和網(wǎng)格的正交性。對(duì)離心壓縮機(jī)整級(jí)單流道進(jìn)行結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的劃分，所有壁面邊界層的網(wǎng)格都進(jìn)行了加密處理。整級(jí)單流道的總網(wǎng)格數(shù)為 254 萬，其中葉輪域的網(wǎng)格數(shù)為 113 萬，擴(kuò)壓器域的網(wǎng)格數(shù)為 64 萬，回流器域的網(wǎng)格數(shù)約 77 ?

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2725622