小流量工况下串列叶片扩压器对离心压缩机性能的影响

摘要

由于受到离心力和科氏力的影响，离心压缩机叶轮出口流动很不均匀，一般呈现为“射流-尾迹”流动结构。这种不均匀流动在进入扩压器后容易导致局部流动分离，在偏离设计工况时尤为严重。作为压缩机的主要扩压部件，扩压器的几何造型以及与离心叶轮的匹配对内部三维流动和级效率有着重要影响。本文针对沈阳鼓风机集团股份有限公司提供的LB56150KY108离心压缩机模型级扩压器部分进行串列改型，借助旋转机械流动数值分析专用软件NUMECA，进行内部流场分析和结构优化，探究串列叶片扩压器各几何参数对离心压缩机性能的影响。
　　本文第一部分主要研究了前后排叶片不同周向相对位置对模型级内部流动及级性能的影响。对串列叶片扩压器的后排叶片在一个节距内选取5个均匀分布的角度分别记作位置1-位置5进行数值模拟，并与单列叶片扩压器模型进行对比，结果表明:在接近最小流量工况下，串列叶片扩压器后排叶片周向位置改变使得扩压器出口径向速度和气流角分布更为均匀，叶轮出口流动速度沿周向及径向的变化程度减弱，显著扩宽离心压缩机稳定工况范围。
　　本文第二部分主要研究了串列叶片扩压器的总弯角（前排叶片中弧线在前缘点的切线和后叶片中弧线在后缘点切线之间的夹角）对模型级内部流动及级性能的影响。在原模型总弯角的基础上继续增加总弯角θT=43.36°+(0°～21°)。得出的结论是:增加总弯角优化了后排叶片流道内气流组织形式，减小了径向速度分布的不均匀程度，提高了小流量工况下离心压缩机多变效率，其中总弯角增加10°的模型效果最好。
　　本文第三部分主要研究了前后排叶片不同弦长比对模型级内部流动及级性能的影响。固定前后排叶片间距的情况下，对不同弦长比的串列叶片扩压器模型进行数值模拟。结果表明在大流量工况范围内，模型多变效率随弦长比增加而增加，在低于设计流量工况范围内，弦长比在Cr/Cf=0.82附近时模型级多变效率和压比达到最大值。弦长比过大（Cr/Cf=2.33）和过小（Cr/Cf=0.43）会大大减小模型级的稳定工作范围。
　　针对前三部分分别得到的最佳周向位置、总弯角和弦长比进行组合优选，结果表明:在小流量工况下，多参数组合模型对离心压缩机性能提升较大，单参数中总弯角对于离心压缩机性能影响最为明显。多参数优化方案对原模型后排叶片吸力面侧的分离流动进行了优化，使扩压器出口径向速度分布更为均匀，静压恢复系数明显增加。

目录

声明

摘要

主要符号说明

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 串列叶栅在转子上的应用

1．2．2 串列叶栅在静子中的应用

1．3 计算流体力学软件简介

1．4 本文的主要工作

第二章 离心压缩机内部流动的控制方程及数值方法

2．1 数值模拟方法介绍

2．1．1 控制方程

2．1．2 湍流模型

2．2 离心压缩机几何模型

2．3 网格划分

2．4 边界条件及离散格式

2．5 数值方法验证

2．6 压缩机性能参数

2．7 本章小结

第三章 串列叶片扩压器周向位置的影响研究

3．1 引言

3．2 模型介绍

3．3 结果分析

3．3．1 离心压缩机总性能分析

3．3．2 小流量下扩压器内部流场分析

3．3．3 小流量下扩压器出口流场参数分析

3．3．4 小流量下叶轮出口流场分析

3．4 本章小结

第四章 串列叶片扩压器总弯角的影响研究

4．1 引言

4．2 串列叶片扩压器总弯角定义

4．3 结果分析

4．3．1 级性能对比

4．3．2 小流量工况点扩压器流场分析

4．4 本章小结

第五章 串列叶片扩压器弦长比的影响研究

5．1 引言

5．2 改型方案

5．3 结果分析

5．3．1 级性能对比

5．3．2 小流量工况下扩压器内部流场分析

5．3．3 小流量工况下叶轮出口位置流动分析

5．4 本章小结

6．1 引言

6．2 模型介绍

6．3 结果分析

6．3．1 级性能对比

6．3．2 扩压器流场分析

6．4 本章小结

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读学位期间研究成果

致谢