离心压缩机小流量模型级的流动分析与优化

摘要

离心式压缩机由于单级压比高,工艺性能好在航天、能源、化工及冶金等部门发挥着及其重要的作用.本文所研究的离心压缩机小流量模型级是沈阳鼓风机有限公司某多级离心压缩机后面段的一小流量级.此小流量模型级的原始设计采用的是意大利新比隆公司七十年代的离心压缩机制造技术,由于技术老化,此小流量模型级级效率比现今国际同类产品低十个百分点,在激烈的国际市场竞争中,如此大的差距必然使我国的压缩机产品处于劣势.为了提高国际市场的竞争能力,本文利用计算流体力学的手段对离心压缩机小流量模型级内部流动情况进行数值模拟,对数值计算的结果进行分析,找出其效率低的原因,并进行相应的优化,达到显著提高其效率的目的,进而提高产品的性能,创造更高的经济效益和社会效益.本文主要工作包括:1、利用NUMECA等软件建立起完整的离心压缩机小流量模型级内部流动数值分析平台,对多级离心压缩机小流量模型级原结构内部流场进行数值模拟,得到了模型级初始的性能参数以及各通流元件(包括叶轮、扩压器、弯道及回流器)内部三维流场的完全信息.2、对模型级各通流元件内部流场进行详细的分析,针对流动中存在的问题找出影响原模型级性能因素,提出叶轮等通流元件结构参数的多种优化方案.3、根据流场分析的结果,对模型级各通流元件进行多次多方案的结构优化,结构优化工作的最终结果使多级离心压缩机小流量模型级整级性能得到明显的改善,级多变效率提高6.6个百分点,达到预期的结构优化要求.本文建立的数值分析平台是离心式压缩机小流量模型级的内部流场分析的一个实用的工具.在实际工程设计中利用此平台可以有效的改善机器的性能.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明

1绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2 CFD技术在叶轮机械中的应用及NUMECA软件简介

1.3论文的主要内容

2模型级内流场数值计算的理论模型

2.1控制方程

2.1.1质量守恒方程

2.1.2动量守恒方程

2.1.3能量守恒方程

2.1.4状态方程

2.2在旋转坐标系下用于求解相对速度的表达式

2.3热力学特性表达式

2.3.1层流粘性

2.3.2湍流模型

2.3.3热传导

2.4数值求解方法

2.4.1空间离散

2.4.2多重网格技术和时间积分

2.5本章小结

3模型级内流场的数值模拟

3.1模型级计算模型简介

3.1.1几何结构特点

3.1.2计算工况参数设定

3.2模型级内流场网格生成方法

3.2.1 CFD中的网格生成技术

3.2.2 NUMECA提供的网格生成功能

3.2.3计算域与计算网格的生成

3.3边界条件及初值条件设定

3.3.1边界条件设定

3.3.2初值条件设定

3.4其它控制参数设定

3.5收敛标准

3.6计算结果

3.7本章小结

4计算结果分析与结构优化

4.1叶轮内部流动分析与结构优化

4.1.1叶轮内部流动分析

4.1.2叶轮几何结构优化

4.2弯道内部流动分析与结构优化

4.3回流器内部流动分析与结构优化

4.4扩压器内部流动分析与结构优化

4.4.1无叶扩压器内部流动分析

4.4.2叶片扩压器的设计

4.5本章小结

5全文总结与展望

5.1全文工作总结

5.2论文工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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