离心压缩机失速特性及失速抑制研究

摘要

离心压缩机因其具有处理气量大、压比高、结构简单、易维护等优点，广泛应用于国民经济的各个生产部门。离心压缩机在小流量下运行时会发生旋转失速现象，因而离心压缩机旋转失速研究和提高离心压缩机稳定工作范围具有重大的实际意义。
　　本文通过数值模拟的方法详细分析了造成离心压缩机发生旋转失速的关键性因素，以此为基础，深入研究了周向槽的机匣处理对性能和失速抑制的影响及扩压器几何形状对离心压缩机稳定性的影响。本文的主要研究内容如下:
　　(1)根据CFD数值模拟的相关知识，建立了带无叶扩压器的离心压缩机数值计算模型，将数值模拟结果与实验数据进行了对比，以验证模型的准确性，结果表明用其可以准确模拟并获得要求工况下的内流特征。
　　(2)通过分析不同工况下的流动特征，发现流体在叶片吸力面发生分离、二次流和间隙漏流是产生叶轮上游漩涡的关键因素。产生的漩涡会堵塞流道，形成失速团，沿周向传播并扩展。无叶扩压器失速的关键因素是扩压器进口的展向流动不均匀和盘侧的回流。叶轮出口的扰动扩展和扩压器流体流动的稳定性降低使扩压器发生失速。
　　(3)周向槽能够减小间隙漏流与主流之间的相互作用，减弱叶片吸力面的二次流，抑制叶片吸力面的分离现象，提升离心压缩机的稳定性。周向槽的截面尺寸、开槽位置和开槽数量对压缩机的性能和稳定性有；定影响，而稳定性的提升会导致效率的下降，二者间存在可优化点。
　　(4)无叶扩压器的几何形状对离心压缩机的性能和稳定性有较大影响。通过改变无叶扩压器的几何形状和尺寸，减小扩压器进口流动角的分布不均，消除盘侧的回流，能够提升扩压器的稳定性。
　　本文对离心压缩机的失速和扩稳进行了系统研究，能给扩大离心压缩机稳定运行范围的优化设计提供参考。

目录

声明

致谢

摘要

插图和附表清单

1．绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 离心压缩机的失速和喘振

1．3 国内外研究现状

1．3．1 离心压缩机失速机理研究

1．3．2 失速先兆的研究

1．3．3 离心压缩机扩稳研究

1．3．4 离心压缩机失速数值模拟研究

1．4 本文主要内容

2．数值研究方法及模型建立

2．1 引言

2．2 研究对象及方案

2．2．1 研究对象

2．2．2 研究方案

2．3 数值求解方法

2．3．1 控制方程

2．3．2 湍流模型

2．3．3 计算网格

2．3．4 数值求解方法

2．3．5 条件设置

2．3．6 收敛准则

2．4 模型验证

2．5 本章小结

3．离心压缩机失速特性分析

3．1 叶轮通道流动分析

3．1．1 通道内二次流分析

3．1．2 叶顶间隙漏流

3．1．3 失速团形成机理

3．2 扩压器内流分析

3．2．1 扩压器的性能及流动特征

3．2．2 扩压器失速团的产生和传播

3．3 本章小结

4．周向槽机匣处理的扩稳研究

4．1 引言

4．2 周向槽数值模型

4．3 周向槽的扩稳机理

4．4 周向槽的特征参数对失稳控制的影响

4．4．1 周向槽尺寸对失稳控制的影响

4．4．2 周向槽位置对失稳控制的影响

4．4．3 周向槽数量对失稳控制的影响

4．4．4 周向槽失稳控制方法

4．5 本章小结

5．扩压器几何参数对压缩机系统稳定性的影响

5．1 平行扩压器稳定性的研究

5．1．1 扩压器宽径比的影响

5．1．2 扩压器半径比的影响

5．1．3 扩压器几何形状与失速的关联性

5．2 收缩型扩压器稳定性的研究

5．2．1 收缩程度的影响

5．2．2 收缩距离的影响

5．3 本章小结

6．总结与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

在读期间主要学术成果