大流量系数离心压缩机回流器气动性能研究及改进

摘要

离心压缩机是一种叶片旋转式机械，通过叶轮旋转使气体压力得到提高，被广泛应用于国民经济各部门中。随着科技的发展，离心压缩机的性能逐渐提高，国际竞争趋于白热化。因此，要求设计人员设计出高压比、大流量、高效率的多级离心压缩机。离心压缩机由转子部件和静子部件共同组成，在早期的设计过程中，离心压缩机设计者更侧重对压缩机叶轮的研发工作，对静止部件尤其是回流器的关注度较低。在对流量系数为0.2的大流量多级压缩机的开发和分析工作中，研究人员发现压缩机第一级出口流场不均匀，对气流在第二级叶轮内的流动产生很大的影响，使第二级叶轮效率较设计状况明显下降。因此，改善第一级出口流场的均匀性是提高离心压缩机效率的途径之一。
　　本文对第一级回流器的流场进行分析，摸清造成第一级出口不均匀流场的原因。通过流场分析发现，回流器入口来流非常不均匀，不同叶高气流角度相差较大，气流在轮盖侧及轮盘侧造成正负冲角。在回流器流道内，有强烈的二次流漩涡产生，在第一级出口截面产生较大的正向和负向周向速度，使得下一级叶轮入口条件恶化，效率大幅降低。为了确定回流器不均匀来流对级出口流场均匀性的影响，将回流器入口条件改为均匀进气，并对第一级回流器及下一级进行CFD计算。结果显示，均匀进气条件下，回流器流道内不再产生二次流漩涡，级出口流场均匀性显著提高，第二级效率和整机效率均显著提高。这说明回流器入口不均匀来流是造成其内部二次流漩涡的主要原因。根据回流器流场特点，分别采用三个方案对回流器叶片进行修改。方案一对回流器叶片入口安装角的分布进行修改，使其与来流气流角度相匹配。结果显示，对回流器入口叶片角度的修改并没有使流场得到改善。方案二根据回流器出口气流角分布规律，降低轮盘及轮盖侧出口叶片角度，提高叶中截面出口叶片角度。该方案使回流器出口流场明显改善，但由于气流在弯道内转弯作用，使级出口流场的均匀性较回流器出口流场较差。方案三在方案二的基础上，将回流器叶片延长至弯道中部。数值模拟结果显示，该改进方案第一级出口截面流场的均匀性得到显著提高，第二级单级效率提高1.7％，整级效率提高0.7％。对方案三的模型进行变工况计算，其性能曲线明显高于原模型，在90％工况点处，效率提高幅度最大，提高了2.2％。结果证实，通过对回流器叶片的修改，改善了压缩机第一级出口流场的均匀性，使整级效率明显提高，小流量工况提高尤为明显。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 国内外对回流器研究的现状

1．3 数值模拟CFD方法的理论介绍及应用

1．4 Numeca软件的介绍

1．5 本文主要研究工作

2 数值研究方法

2．1 基本控制方程

2．2 湍流模型

2．3 网格划分

3 计算模型的建立

3．1 计算模型的建立

3．2 计算网格的划分

3．3 离心压缩机模型简化

3．4 本章小结

4 第一级回流器流场分析

4．1 回流器出口流场性能分析

4．2 回流器入口流场分析

4．3 回流器内部流动分析

4．4 S3流面分析

4．5 回流器入口不均匀流场对流动影响的分析

4．6 本章小结

5 回流器叶片设计软件比较

5．1 CAECC6软件介绍

5．2 Bladegen软件介绍

5．3 本章小结

6 回流器叶片的改进

6．1 回流器叶片前缘的改进尝试

6．1．1 回流器叶片前缘改进

6．1．2 流场分析

6．2 回流器叶片尾缘改进

6．3 回流器叶片进一步改进

6．4 两级联算性能比较

6．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢