长、短叶片式离心压缩机的优化与CFD分析

论文摘要

离心式压缩机有流量小、功率低、压力大、转速高、可靠性高等优点，在能源、化工、航空等领域有着越来越广泛的应用。现在的离心压缩机朝着小尺寸、高压比、高效率、低能耗方向发展，使得其设计要求越来越严格。在性能较高的离心压缩机叶轮中，普遍采用长、短叶片形式，其压比、效率等各项性能指标倍受人们的关注。为进一步开发更高性能的离心压缩机，需要深入研究叶轮机械内部的流动性能。在这一背景下，本文采用CFD技术对一个多级离心压缩机首级的内部流场进行了模拟，研究叶轮各几何参数对离心压缩机级性能的影响。文章主要分为5个部分，具体内容如下：首先介绍了课题的研究背景、目的及意义，论述了离心压缩机数值模拟以及实验研究的国内外进展情况;其次论述了数学计算方法，包括CFD一般的求解过程、目前应用较广泛的几种商用CFD软件。并结合FLUENT软件对叶轮机械内部流场计算的基本控制方程、湍流模型、网格划分技术、计算边界条件的设置等作了分析;然后给出了本文研究的离心压缩机模型和数值计算方法，为了验证本文计算方法的可靠性，对几何结构类似的叶轮进行了数值计算并与其实验值进行了对比，分析表明：本文计算方法是可靠的。本文运用了两种方法进行变型设计。第一种是通过改变长、短叶片的相对位置对叶轮部分进行了变型设计，对5种不同形式叶轮进行数值计算，对比了其外部性能和内部流场，为长、短叶片形式的离心压缩机的设计提供参考;第二种是通过叶轮外径切削的方法，对3种不同的子午面型线叶轮进行模拟，为离心压缩机模型级的拓展和快速开发提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 课题研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 数学模型
• 2.1 前言
• 2.2 基本控制方程
• 2.3 湍流模型
• 2.4 离散方法
• 2.5 离散方程的求解方法
• 2.6 网格划分
• 2.7 边界条件设置
• 3 离心压缩机的数值计算及实验验证
• 3.1 离心压缩机基本参数
• 3.2 本文研究对象
• 3.3 本文计算方法
• 3.4 计算方法实验验证
• 4 长、短叶片相对位置对压气机性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 方案介绍
• 4.3 外部性能对比
• 4.4 内部流场对比
• 4.5 本章小结
• 5 叶轮外径切削对压气机性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 方案介绍
• 5.3 计算结果对比分析
• 5.4 本章小结
• 6 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者硕士期间所发表的论文