离心压缩机中间抽气结构优化设计

摘要

离心式叶轮机械广泛应用于航天、能源、动力、化工以及冶金等行业。在石油化工行业，压缩机不断向着大型化方向发展，同时随着工艺过程的复杂化，要求在压缩机过程中向内加气或向外抽气，在抽(加)气结构的设计中，一般是采用大的空腔缓冲，从周向某个位置开口的方法实现，这种方法非常简单，但是往往会破坏流场的周向均匀性，影响机组的工作效率，严重时有可能引发旋转失速从而威胁机组的安全可靠性。 本文利用数值实验的方法研究了年产百万吨乙烯离心压缩机中间抽气部分结构的优化设计方法。中间抽气结构采用蜗壳的型式以保证抽气前后模型级中流动的周向均匀性；利用数值计算的方法优化设计方案，确保设计参数的准确实现。为了保证计算结果的准确性，本文利用相关的造型软件，针对抽气结构前后的整个模型级建立了完整的计算模型。计算模型包括以下几部分：叶轮、扩压器、弯道、中间抽气结构、回流器。本文的主要工作是对蜗壳的型式和抽气隔板的形式以及高度进行了优化设计，以满足抽气需要和保证流动顺畅，保证压缩机的整体运行效率。利用商业流体计算软件FINE-TURBO软件对计算模型进行了详细的数值计算，得到了包括抽气结构在内的完整流场参数分布，分析了中间抽气对压缩机基本模型级流动的影响，从流场的周向均匀性、抽气流量要求以及流场的流动损失几个方面对自行设计的中间抽气结构进行了优化设计。数值实验结果表明，本文设计的结构能够在满足抽气流量要求的条件下保证机组的高效率运行。本文提出的设计方法可以推广运用于所有的抽气结构设计中。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1研究背景及意义

1.2蜗壳的研究现状

1.3CFD技术在叶轮机械中的应用及NUMECA软件简介

1.4本文的主要工作

2数值计算方法

2.1控制方程

2.1.1质量守恒方程

2.1.2动量守恒方程

2.1.3能量守恒方程

2.1.4状态方程

2.2在旋转坐标系下用于求解相对速度的表达式

2.3湍流模型

2.3.1湍流模型概述

2.3.2湍流模型的引入

2.3.3湍流模型的发展历程

2.3.4湍流模型研究的现状和进展

2.3.5湍流模型简介

2.4数值求解方法

2.4.1空间离散

2.5本章小结

3计算模型的建立

3.1几何模型的建立

3.2网格生成

3.2.1计算流体力学中网格生成技术

3.2.2NUMECA提供的网格生成模块

3.2.3计算域网格生成

3.3计算边界条件

4计算分析与结构优化

4.1前期设计计算结果分析

4.2中期修改阶段计算结果分析

4.3后期确定方案阶段计算结果分析

4.4本章结论

5总结与展望

5.1工作总结

5.2全文工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢