多级轴流式压气机内部流场分析和优化设计

发布时间：2017-04-03 15:10

  本文关键词：多级轴流式压气机内部流场分析和优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文是在国家973项目资助下,结合钢铁企业开展风机节能的实际需要而开展的。钢铁行业中的高炉鼓风机随着钢铁生产过程和季节的变化,经常处于变工况运行状态,这就对其变工况特性提出更高的要求。另外,为了适应现代快节奏、高效率的生产要求,需要加快高炉设备的投料速度,进而需要更高的高炉鼓风机排气压力。 本文对某13级轴流式压气机的内部流场进行全三维数值模拟数值分析。针对原型机变工况运行时静叶吸力面角区位置流动分离较为严重的情况,首先进行正弯优化设计,探讨正弯叶片的引入在全工况范围内对压气机的流动特性带来的影响,并重点分析改型前后近喘振点的流场特征。结果表明,适当的正弯效果可以抑制角区分离的发生和发展,从而恢复角区的扩压能力,同时级间匹配良好,变工况性能明显好于原型,整个流场获得改善,最终压气机的压比、效率和喘振裕度均有所提高。 此外,通过分析静叶轮毂间隙对流动的影响,发现由于端壁移动方向、泄漏流方向均与原先吸力面端壁处的分离涡方向相反,能在一定程度上抑制分离流动,所以合理的间隙流、端壁旋转都会使压气机流动特性获得提升。在静止端壁边界条件下,适当间隙范围内流动效率随着间隙的增大提升；在旋转端壁边界条件下,当间隙增大到一定程度时,流动效率随着间隙的增大下降。 要设计一台新的多级轴流压气机,在现有压气机的基础上进行加零级设计来增加质量流量或提高压比以得到满足新要求的压气机,可以很大程度上缩短设计周期、增加设计可靠性、降低设计成本。本文在原13级轴流压气机基础上,采用模化加零级设计方案提高压比。通过反复计算确定零级设计方案,成功地将原13级轴流压气机流量提高9.5%、压比提高18%,加零级后新设计的压气机与原13级轴流压气机匹配良好,加级后压气机基本能够稳定运行,改型达到预期要求。
【关键词】：轴流压气机 弯叶片 轮毂间隙 模化加级 失速\喘振 数值模拟
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（工程热物理研究所）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH453
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-26
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 压气机发展史12-15
• 1.2.1 轴流压气机发展12-14
• 1.2.2 压气机设计体系发展14-15
• 1.3 压气机提高效率措施15-17
• 1.3.1 弯扭叶片15-16
• 1.3.2 附面层抽吸16
• 1.3.3 固体壁面特殊处理16
• 1.3.4 掠叶片16-17
• 1.4 压气机提高压比措施17-20
• 1.4.1 增大叶片折转角17
• 1.4.2 提高叶尖切线速度17
• 1.4.3 低展弦比17
• 1.4.4 串联叶栅17
• 1.4.5 模化加级17-20
• 1.5 压气机变工况特性研究进展20-25
• 1.5.1 压气机非稳定工况机理研究20-21
• 1.5.2 扩稳方法研究21-25
• 1.6 本章小结25-26
• 第2章 数值模拟方法26-35
• 引言26
• 2.1 NUMECA软件介绍26-29
• 2.1.1 AutoGrid旋转机械结构网格自动生成器27-28
• 2.1.2 FINE/Turbo结构网格流动分析软件28-29
• 2.1.3 CFView后处理软件29
• 2.2 数值模拟方案29-34
• 2.2.1 计算模型29-30
• 2.2.2 网格密度30-31
• 2.2.3 湍流模型31-33
• 2.2.4 第一层网格y~+33-34
• 2.2.5 边界条件34
• 2.3 本章小结34-35
• 第3章 弯叶片对流动影响分析35-51
• 引言35-36
• 3.1 最佳改型方案分析36-37
• 3.2 特性曲线分析37-38
• 3.3 极限流线分析38-40
• 3.4 第一级静叶静压系数分析40-42
• 3.5 第一级静叶S1流面流线、熵分析42-43
• 3.6 对后排叶栅的影响43-47
• 3.7 对前排叶栅的影响47-48
• 3.8 最终方案48-50
• 3.9 本章小结50-51
• 第4章 静叶间隙流场分析51-68
• 引言51-52
• 4.1 流线分析52-59
• 4.1.1 体流线分析52-53
• 4.1.2 S2流面吸力面极限流线分析53-54
• 4.1.3 S3流面流线分析54-57
• 4.1.4 S1流面流线分析57-59
• 4.2 特性曲线分析59-61
• 4.3 S1、S3流面熵损失分析61-66
• 4.4 本章小结66-68
• 第5章 模化加级设计68-88
• 引言68
• 5.1 压气机模化加级设计原理68-69
• 5.2 选择匹配点69-70
• 5.3 改型要求70
• 5.4 零级一维设计70-72
• 5.4.1 1-1截面计算71
• 5.4.2 3-3截面计算71-72
• 5.4.3 2-2截面计算72
• 5.5 环量分布规律选取72-77
• 5.5.1 压气机流动假设72-73
• 5.5.2 环量计算公式推导73-74
• 5.5.3 环量沿径向分布规律选择74-77
• 5.6 进口预旋方案77-79
• 5.6.1 叶根处加反预旋77-78
• 5.6.2 叶顶处加正预旋78-79
• 5.6.3 最终导叶扭曲规律79
• 5.7 叶片几何参数79-80
• 5.8 子午流道形式80-81
• 5.9 轴向距离81-82
• 5.10 叶片数82
• 5.11 最终计算结果82-87
• 5.11.1 加级前后对比分析83-85
• 5.11.2 加级后计算结果分析85-87
• 5.12 本章小结87-88
• 第6章 结论88-89
• 参考文献89-94
• 致谢94-95
• 攻读硕士学位期间发表论文95-96
• 作者简历96

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杜鑫;王松涛;王仲奇;;弯叶片对压气机静叶根部间隙泄漏流动的影响[J];动力工程学报;2010年01期

2 梁高林;汪国川;卢成浩;李艳青;;轴流式压缩机性能测试及结果分析[J];风机技术;2009年06期

3 郑严,S愔匾，

本文编号：284529