离心压气机流场分析与扩压器设计

摘要

本文主要对100kW微型燃气轮机的关键部件——高压比、高转速离心压气机进行了研究。　　首先对现有的一个CFD软件进行验证，考察其应用于高压比、高转速离心压气机的能力。经验证，该软件满足本文工作的需求。　　 探讨了叶轮与扩压器之间的无叶扩压器轮盖侧的型线对总体性能的影响，以及对流场的作用。对常规的机翼型叶片扩压器的离心压气机级进行了数值模拟，分析了扩压器的性能及其内部流动。本文设计了一种大小叶片结构的扩压器，比较了大小叶片结构与全大叶片结构的气动性能差别。　　 研究了不同转速下叶顶间隙对叶轮性能的影响。分析了一个高压比、高转速的离心叶轮的流场，包括无叶顶间隙和有叶顶间隙时流道中涡和二次流的发展、低能流体的迁移。叶顶间隙的泄漏流动比较复杂。泄漏流动改变了叶轮靠近轮盖侧的损失机理。　　 本文对设计的离心压气机进行了大量的数值计算。讨论了改变叶片数目，增加叶片厚度，调整分流叶片周向位置以及增加间隙高度等对离心叶轮流量、压比和效率等总体性能的影响。

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

1.1选题背景及意义

1.2促进离心压气机发展的技术和方法

1.2.1经验方法

1.2.2理论方法

1.2.3实验方法

1.3计算流体力学与CFD软件

1.4本文的工作

第二章FINE/TURBO校核

2.1研究对象

2.2研究方法

2.2.1控制方程RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes Equations)

2.2.2湍流模型Spalart-Allmaras model

2.2.3网格

2.2.4初始条件、边界条件

2.3结果分析

2.3.1流场参数

2.3.2性能曲线比较

2.4本章小结

第三章扩压器设计及其流场分析

3.1无叶扩压段

3.2叶片扩压器

3.2.1多工况数值结果分析

3.2.2设计工况数值结果分析

3.3一种大小叶片结构扩压器设计

3.3.1扩压器VANE1、VANE2、VANE3性能比较

3.3.2全大叶片的扩压器Ⅰ与大小叶片扩压器Ⅱ性能比较

3.3.3 r4/r3对扩压能力的影响

3.4本章小结

第四章叶项间隙的泄漏流动分析

4.1不同转速的总体性能比较

4.2设计转速有叶顶间隙多种工况流场分析

4.3流道内流体的迁移

4.4二次流的发展

4.5泄漏流动

第五章离心叶轮设计中几个几何参数对性能的影响

5.1叶片数目对压气机性能的影响

5.2分流叶片位置对压气机性能的影响

5.3叶片厚度对压气机性能的影响

5.4叶顶间隙对压气机性能的影响

5.5本章小结

第六章结论与展望

主要物理量符号说明

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢