基于CFD的轴流式压缩机与风机性能及改进设计研究

摘要

叶轮机械在国民经济尤其是整个重工业体系中占有十分重要的地位。轴流式叶轮机械被广泛的应用于航空、舰船、导弹、坦克、高速重载机车、电站、空分和冶炼等高端技术领域。由于轴流增压式叶轮机械内部流动异常复杂，且试验研究的周期较长、成本高，故本文借助先进CFD技术，以实际工程项目为依托，主要采用数值模拟的方法研究轴流增压式叶轮机械内部真实的流动状况，结合适当的实验验证分析，掌握其流动现象发生、发展的规律。目前，这种研究方法在叶轮领域是广泛采用的研究方法之一。
　　针对某多级轴流式燃气压缩机，本文中通过CFD数值分析软件NUMECA研究其内流部件构型与气动性能的映射规律，探究其设计特点;结合数值方法与物理仿真，掌握部件流动参数及载荷分布规律;特别研究工质组分复杂且随流动易变的特点对轴流燃气压缩机性能影响，提出符合工程精度要求的计算方法，分析总结多级轴流燃气压缩机的设计特点，为轴流式燃气压缩机改进以及模化设计提供技术支持。
　　针对某大功率机车冷却塔轴流通风机，本文以某进口冷却风机原始数据为基础，根据机车新的设计要求，以成熟的一维计算方法为基础对其叶轮进行多方案改进设计并获得多组结构数据，以此为基础建立叶片以及叶轮三维实体模型，采用CFD软件NUMECA对叶轮内部流场进行了深入分析与研究。经过性能对比并根据制造需求，确定了最终的叶轮方案，并完成部分样机制造及气动实验验证。在满足外形尺寸不变、降低转速、限制功率的苛刻条件下，实现出口风压相对提高以及效率改善的叶轮设计需求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 CFD在叶轮机械中的应用及CFD软件简介

1．3 主要研究方法及内容

2 叶轮机械内流场数值计算的相关理论及方法

2．1 基本控制方程

2．2 湍流模型

2．3 数值计算方法

2．4 网格生成概述

2．5 本章小结

3 多级轴流燃气压缩机内部流场数值分析及性能研究

3．1 计算概述

3．1．1 几何建模

3．1．2 网格划分以及计算域的处理

3．1．3 计算工质

3．1．4 计算参数的设定

3．2 结果与分析

3．2．1 压缩机进气道部分的计算结果

3．2．2 压缩机集气室部分的计算结果

3．2．3 压缩机叶片通道部分的数值分析

3．2．4 压缩机级间气动参数匹配特性的研究

3．3 多级轴流燃气压缩机设计以及工作特点总结

3．4 本章小结

4 基于CFD的机车用轴流冷却通风机改进设计研究

4．1 计算概述

4．2 改进设计要求及方案分析

4．3 一次改进方法及计算结果分析

4．4 二次改进及优化结果分析

4．5 D++模型的数值计算与分析

4．6 叶顶间隙与叶根圆角半径对叶轮性能的影响

4．7 本章小结

结论与展望

参考文献

附录

1．机车刹车制动电阻单元轴流冷却通风机的改进设计

2．CAP1400核主泵导叶与压水室周向相对位置数值分析

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢