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两种典型离心压缩机叶轮内部流动的计算与分析

一、前言离心式压缩机叶轮的内部流动,由于受旋转、曲线、粘性以及叶顶间隙流等诸多因素的影响和相互作用,是一种十分复杂的三维流动现象。对离心压缩机叶轮内部流场进行准确地分析在离心压缩机的设计中具有十分重要的地位,它是预测性能和筛选设计方案的重要依据。因此各国学者都对此倾注了很大的精力,新的解法在不断涌现。吴仲华教授在50年代提出的利用S1和S2两类流面迭代求解叶轮机械内部三元流动解的理论,由于物理概念清晰、计算速度快、计算机容量要求小,特别适合于工程计算。尽管计算机的速度越来越快,全三维直接解法也有很大进展,但在工程采用的计算方法以及计算机辅助设计方面,在国内外仍广泛采用S1和S2两类流面准三元计算方法。德国宇航研究院Krain博士实验研究的现代离心压缩机半开式后向三元叶轮和美国航天局(NASA)Lewis研究中心的低速离心压缩机叶轮(LSCC)的实验数据是目前世界上最具权威的,受到人们广泛重视,许多研究者对其进行了分析计算。作为我...  (本文共4页) 阅读全文>>

天津大学
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高速离心叶轮的气动与结构优化

近年来,离心压缩机不断向高压比、高效率发展。叶轮气动设计的发展直接关系着叶轮机械的发展水平,是叶轮机械气动力学领域研究的重点。半开式离心叶轮因其强度高、极限圆周速度大、单级压比高等优点得到广泛应用。本文采用反命题设计方法,以某离心压缩机级内闭式离心叶轮为研究对象,以提高其效率、压比和扩大稳定工作范围为目标,通过控制叶片载荷分布改变叶片三维结构、改变叶片前缘位置,探讨和研究了离心叶轮优化设计方法;进而对经典叶轮在叶顶处等值切削形成不同间隙值的半开式叶轮进行数值计算,探究叶顶间隙对半开式离心叶轮气动性能和流场的作用机理。在对原始叶轮进行数值模拟、明确内部流动特性和气动性能基础上,采用三种措施进行反命题优化设计:1)以原始叶轮子午型线为基础,通过控制叶片载荷分布改变叶片三维结构,进而优化叶轮气动性能;2)确定最佳载荷分布形式,改变叶轮出口宽度,以消除出口气流分离为目的优化叶轮气动性能;3)确立适当的叶片前缘位置,改善流动分离现象并扩大...  (本文共69页) 本文目录 | 阅读全文>>

天津大学
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跨声速离心叶轮内部流动损失机理研究

离心式压缩机属于一种通用的离心透平机械,通过叶轮的高速旋转实现机械能转化为气体能量,完成气体的压缩过程。离心叶轮作为核心动力元件,在航空航天、能源动力及冶金等行业发挥重要作用,是压缩机气动性能的关键因素,由此叶轮流道内的气流流动特征成为研究热点之一。在跨声速叶轮的流道内部,存在多种复杂的流动结构,如激波、叶顶的间隙泄漏,边界层流动的分离等,同时存在于这些流动之内的相互作用影响着整体流动。为明确离心叶轮在跨声速运行条件下的流动损失机理,本文以数值模拟方法为主要手段,对等比值切削形成的多间隙值半开式叶轮在不同工况条件下进行计算,分析不同叶顶间隙效应对叶轮的气动性能以及流场的影响。首先对闭式叶轮和等比值切削形成的半开式叶轮在跨声速条件下进行数值计算并分别就叶片载荷、顶隙泄漏、激波等关键因素对流场和流动性能的影响进行了分析,同时也相应与亚声速流动做了对比。对于跨声速离心叶轮,叶顶间隙的泄漏量分布规律不再只与叶顶载荷唯一相关,而与叶顶载荷...  (本文共83页) 本文目录 | 阅读全文>>

上海交通大学
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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

离心压缩机广泛应用于国民经济各部门,如石油、化工、冶金、钢铁、食品、纺织等各个行业。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,是决定压缩机稳定安全运行范围的重要因素。延缓压缩机失速、防止压缩机喘振、扩大压缩机的稳定工作范围,是压缩机设计研究的重要内容。本文在对某半开式离心压缩机叶轮内部流动研究过程中,发现其叶顶区域存在较大范围的低速旋涡区。在此基础上,本文针对半开式离心压缩机提出了一种新的具有自适应功能的机匣处理方法——孔式机匣处理方法。该方法与传统机匣处理方法相比,流动通道结构、气流流动情况以及内部回流的作用均有不同,并具有自适应功能:即可根据实际运行工况条件,自动调节抽吸孔内流量,来适应(或达到)扩稳要求。在设计工况附近,抽吸孔内无流动及附加流动损失,可保持原设计点的压比、效率。在小流量工况,叶轮压比较高,抽吸孔内产生与叶轮内主流反向的抽吸气流,可延缓失速﹑喘振的发生。在大流量工况,叶轮压比较低,抽吸孔内存在...  (本文共162页) 本文目录 | 阅读全文>>

大连理工大学
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离心压缩机扩压器气动损失机理及动静干涉现象研究

离心压缩机广泛应用于石化工业,航空发动机以及燃气轮机中。由于石化工业规模的扩大以及机械设备大型化和节能化的发展趋势,大流量系数(流量系数超过0.15)离心压缩机模型级的研究得到了广大学者们的重视。目前国外生产的离心压缩机模型级最大流量系数为0.24,而国内流量系数为0.18以上的离心压缩机模型级还处于空白。大流量系数离心压缩机模型级的主要特点是其叶轮出口宽度大,流场不均匀性高,进而造成扩压器入口流动的复杂程度较高,给扩压器的气动设计造成极大的困难。本文以设计流量系数为0.2的离心压缩机模型级扩压器为目标,针对该大流量系数离心叶轮出口流场的不均匀特性,采用数值分析和实验验证相结合的方法,研究不同型式扩压器的气动损失机理和动静部件之间压力脉动现象产生的原因及来源。本文研究内容主要分为四个方面:一、简化间隙密封结构时无叶扩压器模型级的定常模拟方案研究。首先对简化间隙密封结构时替代物面旋转高度对整级性能预报的影响进行分析。将分析结果与考...  (本文共156页) 本文目录 | 阅读全文>>

上海交通大学
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带双进气混合腔的合成气压缩机循环级流动特性与失速喘振研究

在煤化工行业中,合成气离心压缩机组是大型合成氨、甲醇等装置中的关键设备,其运行状态直接影响着整个企业的安全生产和经济效益。由于合成工艺的要求,合成气压缩机组的工作压力往往在几十至几百个大气压力下,为了提高合成效果,广泛采用高压下再循环的工艺过程,高压段末级叶轮出口新鲜气和循环补气段在混合腔中混合后进入下游的循环级叶轮。由于高压段双层结构不易布置测点,工程上难以得到循环段内部的流动参数。循环段流量很大,一般是新鲜气的2至5倍,一个关键问题是,循环级的进口来流,是在很小的空间尺度与时间尺度下,由高压段末级与循环补气的两股气体混合而成,具有强烈的非均匀特征,远非常规设计中采用的均匀来流条件,这可能会带来很大的设计偏差,使整机性能达不到运行要求。另外,由于高压段双层结构不易布置测点,工程上难以得到循环段内部的流动参数并为设计进行修正。有鉴于此,本课题采用数值模拟、模型分析和实验研究等综合手段,对带有双进气混合来流的合成气压缩机的循环级流...  (本文共138页) 本文目录 | 阅读全文>>