电站离心风机旋转失速的数值模拟研究

论文摘要

G4-73型离心风机广泛应用于300MW及其以下火电机组,由于负荷变动、积灰或者安装质量等原因,风机经常在小流量工况下运行,在此类工况下运行的风机往往会出现旋转失速,甚至会出现喘振等流动失稳现象,直接威胁机组的安全运行。深入研究风机发生旋转失速的非稳态流动特性,对提高离心风机的运行效率、扩大稳定运行范围具有实际意义。本文采用Fluent软件,首先利用二维不可压缩雷诺时均方程、基于Realizable k ?ε紊流模型,对风机翼型在不同冲角下的流动情况进行了详细的数值模拟,研究了风机翼型在低雷诺数下的失速特性,分析讨论了翼型的分离流动以及冲角与分离点位置的关系。结果表明,随着冲角的增大分离点位置逐渐向翼型前缘移动,直至进入失速状态,进入失速的翼型吸力面近壁处出现了强烈的漩涡。本文基于Fluent软件提供的用户接口-用户自定义函数（UDF）进行编程,得到在风机出口所假设的节流阀模型,通过连续调节节流阀阀门开度,实现了G4-73型离心风机在小流量下旋转失速现象的全流场数值模拟。对设计工况下和失速工况下的流场进行对比,分析研究了失速过程中不同阶段下瞬时速度场和瞬时压力场。结果表明,随着阀门开度的减小,风机逐渐进入失速区域,叶轮内出现了明显的低速区,在靠近前盖板附近区域首先出现了逆流;随着时间步的推进,逆流逐渐扩散到后盖板,直至充满整个流道。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 叶轮机械失稳研究的历史与现状
• 1.2.1 旋转失速和喘振
• 1.2.2 旋转失速机理的理论研究
• 1.2.3 旋转失速的实验研究
• 1.2.4 旋转失速的数值模拟研究
• 1.3 本文主要内容
• 第2章 数值计算原理
• 2.1 基本控制方程
• 2.2 湍流模型
• 2.3 流体区域的离散
• 2.3.1 计算区域的离散
• 2.3.2 控制方程的离散
• 2.4 时间离散
• 2.5 用户自定义函数
• 2.5.1 用户自定义函数简介
• 2.5.2 用户自定义函数的并行计算
• 2.6 本章小结
• 第3章 二维翼型绕流失速的数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 几何模型和数值方法
• 3.2.1 几何模型
• 3.2.2 计算域与计算网格
• 3.2.3 边界层的处理
• 3.2.4 湍流模型的选取及数值方法
• 3.3 计算结果与分析
• 3.3.1 翼型前缘流动分离的讨论
• 3.3.2 翼型失速发展过程
• 3.3.3 翼型表面分离流动
• 3.4 本章小结
• 第4章 旋转失速的三维数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 进入数值失速的方法
• 4.3 节流阀模型简介
• 4.4 计算方法
• 4.4.1 控制方程
• 4.4.2 计算过程及边界条件
• 4.4.3 计算网格的生成
• 4.5 数值模拟结果及分析
• 4.5.1 性能曲线
• 4.5.2 设计工况下的流场
• 4.5.3 失速工况下的流场
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 本文结论
• 5.2 未来工作的展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 详细摘要