煤化工离心压缩机失速现象的流场分析

摘要

离心压缩机在国民经济和国防建设中占有重要的地位，被广泛应用于能源动力、化工石油、矿石冶金、交通运输、建筑空调、航空航天等行业。因此，提高离心压缩机的使用效率对降低能源消耗大有裨益。
　　本文以某煤化工企业某型号离心压缩机的内部流场为研究对象，首先利用三维建模软件Pro/E构建了基于真实结构的叶轮、蜗壳、扩压器模型;后利用三维粘性流动计算软件FLUENT以三维时均Navier-Stokes方程湍流模型为基础，采用SIMPLE算法，针对进口流量、叶轮转速等工况条件变化，对该压缩机的内部流场流动情况进行了数值分析;结合分析结果，研究了此类离心压缩机失速和喘振现象的形成机理及其抑制措施，提供了相应的运行调节方法和有益的设计建议。
　　本文的研究结论有以下几个方面:
　　(1)随着入口流量的减小，叶轮流道内将逐渐产生流动分离，最终导致失速和喘振。为防止喘振，必须使流体机械在喘振区之外运转。
　　(2)失速周期内，在入口流量不变的情况下，叶轮旋转速度的增大也会使压缩机内部的流动产生分离，导致失速和喘振现象的发生。
　　(3)利用流体分析软件可以准确地模拟离心压缩机内部流场失速过程的发展变化。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 压缩机失稳研究的历史及现状

1．2．1 旋转失速和喘振

1．2．2 旋转失速的理论研究

1．2．3 旋转失速数值模拟现状

1．3 论文的主要内容

第2章 压缩机及流体相关特性

2．1 离心压缩机内部结构及工作原理

2．2 流体力学基本方程

2．2．1 质量守恒方程

2．2．2 纳维-斯托克斯方程组(N-S方程)

2．2．3 能量守恒方程及伯努利方程

2．2．4 旋转坐标系下求解相对速度的表达

2．3 流体的数值求解方法

2．3．1 空间离散

2．3．2 多重网格技术和时间积分

2．3．3 多阶Runge-Kutta法

2．3．4．隐式残差光顺技术

2．4 流体相关特性

2．4．1 湍流模型

2．4．2 定常流动及不可压性

2．4．3 热传导和扩散

2．5 本章小结

第3章 构建压缩机内部流场

3．1 FLUENT软件简介

3．2 计算模型构建

3．2．1 几何结构

3．2．2 模型参数选取

3．3 流场网格生成

3．3．1 FLUENT网格生成技术

3．3．2 计算网格生成

3．4 边界条件及初值条件设定

第4章 模拟结果分析

4．1 额定工况下流场分析

4．2 失速工况下流场分析

4．3 参数调节对失速现象的影响

4．3．1 入口处流量调节

4．3．2 旋转速度调节

4．4 失速和喘振现象的调节

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 全文总结

5．2 未来工作展望

参考文献

致谢