离心压缩机级的数值模拟及结构参数影响分析

摘要

离心压缩机可以满足工业上对气体压缩的各种需求，应用范围很广。现代离心压缩机朝着高负荷、高效能、低噪音和小尺度等方向发展，对其研究和设计提出了日益苛刻的要求。本文用CFD技术对一离心压缩机中间级的内流场进行了研究。 首先，介绍了商用CFD软件的结构及CFD求解的一般过程。并结合FLUENT软件对流体机械内部流场数值模拟的基本方程、湍流模型、离散方法、离散格式及离散方程的求解方法作了分析与研究。 其次，用一元的方法对一离心压缩机的级进行了设计，并用FLUENT软件对设计结果下作了三维流场数值模拟，主要分析了叶轮及回流器结构参数变化对性能的影响。模拟发现，叶轮的轮盖进口圆角半径对级的性能有一定影响，增大圆角半径可以提高叶轮的性能；对于二维叶轮，适当的负冲角能够提高叶轮性能；三维叶轮比二维叶轮提高性能显著，且三维叶轮的最佳工况点相对二维叶轮向大流量、高压比方向移动；回流器的叶片入口安装角对回流器的性能有显著影响，在0°冲角时性能较好；叶片型式对回流器的性能也有明显的影响，变厚度叶型的较等厚度的要好。另外，还对级进行变流量工况下模拟，分析了变流量时级内流场、性能及各部件损失的变化情况。 接着，用FLUENT对管网中几种常见的几种管件进行了三维流场模拟，计算出它们的阻力系数，并和手册值作对比。对比发现，CFD能够较准确地模拟管道的流动阻力。 最后，针对CFD在离心压缩机中的应用，并结合作者在数值模拟中的体会，对部分关键技术进行了总结。