离心压缩机焊接式蜗壳流动分析与优化研究

摘要

离心压缩机具有高效、可靠、结构紧凑及转速高等优点，在能源动力及军事工业等领域发挥着极其重要的作用。为了降低运行成本，需要不断的提高压缩机效率。长期以来，人们主要是通过改进并优化离心压缩机的主要元件——叶轮来提高压缩机的性能，而忽略了对静止元件，如蜗壳的研究。然而，随着研究的深入，叶轮可挖掘的潜力空间越来越小，因此，人们也逐渐把目光投向蜗壳等静止元件的研究，以期挖掘其可能存在的节能潜力，希望藉此提高机组的整体运行效率。 本文研究对象是某公司生产的两类典型焊接式排气蜗壳，即等宽变高式排气蜗壳、等高变宽式排气蜗壳。利用CAD软件Pro/E、SofidWorks，CFD软件NUMECA建立起压缩机末级完整的三维流场的数值模拟分析平台。通过对内部流场的模拟，掌握了原来两类典型设计的内部流动规律。针对原设计中存在的问题，提出了优化设计的建议和方法，使末级效率分别提高4.5％、3.0％，效果显著。在以上工作的基础上，总结出影响矩形蜗壳气动性能的三个几何参数，同时制定出《焊接式排气蜗壳气动设计规范》。利用CFD技术，对应用该规范设计的蜗壳结构进行了分析，数值模拟结果充分说明了规范中介绍的设计方法的有效性、通用性，可以推广应用于所有的焊接式排气蜗壳气动设计。 本文制定的《焊接式排气蜗壳气动设计规范》，为今后的蜗壳设计提供了依据，按照这种方法设计，估计可以使整机效率在原有基础上提高1-2％，大大降低了机器的运行成本，提高了产品的市场竞争力。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2蜗壳的特点及发展现状

1.2.1蜗壳设计方法

1.2.2蜗壳研究的发展

1.2.3蜗壳研究的现状

1.3计算流体动力学技术及NUMECA软件简介

1.4论文的主要内容

2等宽变高式排气蜗壳典型设计数值分析

2.1末级流场的控制方程与湍流模型

2.1.1控制方程

2.1.2湍流模型

2.2典型焊接式排气蜗壳结构简介

2.3模型1、2末级流场计算域的几何模型简介

2.4模型1末级流场计算模型

2.4.1计算网格

2.4.2计算设定

2.4.3收敛标准

2.5模型1末级流场计算结果及分析

2.5.1计算结果

2.5.2流场分析

2.6模型2末级流场模拟分析

2.6.1计算网格

2.6.2计算设定

2.6.3计算结果及分析

2.7本章小结

3等宽变高式排气蜗壳的数值优化

3.1蜗壳设计方法介绍

3.1.1蜗壳截面设计

3.1.2出风筒设计

3.2模型1的初步优化设计阶段

3.2.1初步优化结构介绍

3.2.2计算结果分析

3.2.3初步优化阶段小结

3.3模型1的可行性优化设计阶段

3.3.1可行性优化结构介绍

3.3.2计算结果分析

3.3.3可行性优化阶段小结

3.4模型2的优化设计

3.4.1优化结构介绍

3.4.2计算结果分析

3.5本章小结

4等高变宽式排气蜗壳数值分析与结构优化

4.1模型3末级流场计算模型

4.1.1几何模型

4.1.2计算网格

4.1.3计算设定

4.2模型3末级流场计算结果分析

4.3模型3末级流场结构优化

4.3.1优化结构介绍

4.3.2计算结果分析

4.4本章小结

5《焊接式排气蜗壳气动设计规范》及应用分析

5.1影响蜗壳性能的几何参数

5.2《焊接式排气蜗壳气动设计规范》

5.3应用分析

5.3.1几何模型

5.3.2计算网格

5.3.3计算设定

5.3.4计算结果分析

5.4本章小结

6全文总结与展望

6.1全文工作总结

6.2论文工作展望

参考文献

附录A模型1最终优化设计基本过程

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢