資源描述：
《離心壓縮機小流量級擴壓器的分析與優(yōu)化》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、離心壓縮機小流量級擴壓器的分析與優(yōu)化AnalysisandOptimizationofCentrifugalCompressorDiffuserwithSmallFlowStage冀春俊肖蕾/大連理工大學動力系摘要:對一離心壓縮機小流量級的擴壓器內部的三維粘性流場進行了數(shù)值研究。在對整級流場模擬的基礎上，對其無葉擴壓器內部流場進行分析探討，提出加入葉片擴壓器的改造方案，并對擴壓器葉片型線進行了分析討論，使其級多變效率提高近5個百分點。關鍵詞：離心壓縮機小流量流動模擬中圖分類號：TH452文獻標識碼：B文章編號：1006-8155（2005）02-0015-03Abstract:Num
2、ericalresearchofthethreedimensionalviscosityflowinacentrifugalcompressorwithlowmassflowcoefficientispresentedinthispaper.Basedonthenumericalanalysisoftheflowinsidethewholestage,especiallytheflowinthevanelessdiffuser,vaneddiffuserisproposedforthemodificationofthecompressor.Bladeprofileisnumerica
3、llyanalyzedandan5%increaseofthepolytropicefficiencyofthestageisachieved.Keywords:CentrifugalcompressorSmallflowratestageDiffuser1引言在離心式壓縮機中，擴壓器的功用主要是使從葉輪出來的具有較大動能的氣流減速，以使動能有效地轉化為壓力能。無論徑向直葉片還是后彎或強后彎葉輪，這部分動能都要占葉輪總耗功的很大比例。擴壓器設計得理想與否對級效率和壓比有很大影響，它在離心壓縮機中是與葉輪同樣重要的元件，因此，對擴壓器的研究是一項十分有價值的工作。本文研究的多級離心式壓
4、縮機小流量模型級的流量系數(shù)φ=0.01028，在設計工況下多變效率僅為68%，與現(xiàn)今國際同類水平壓縮機的多變效率相比要低10個百分點。通過對此小流量模型級內部流場進行數(shù)值模擬，對模擬后的原結構內部流場進行分析研究，發(fā)現(xiàn)原結構各元件中擴壓器內部流場的流動損失過大是造成其多變效率低的重要因素之一。據(jù)此，對原結構采用的無葉擴壓器進行分析，針對其流動特點在其后端加一段葉片擴壓器，并對擴壓器葉片型線進行一系列的分析討論，使改進后的擴壓器性能有所提高，進而增加整級的多變效率。2原無葉擴壓器幾何結構特點圖1和圖2為此小流量模型級整級的三維造型。從圖中可以看到，原結構采用的是等寬無葉擴壓器（b3=b
5、4=const）；擴壓器前面連接強后彎閉式葉輪，等厚度葉片，葉片尾緣為鈍頭，且b2＞b3；后面連接的彎道前后寬度不等，略有擴張。44圖1圖23計算方法與邊界條件雖然研究的對象是離心式壓縮機小流量模型級的擴壓器，但為真實地反映擴壓器內部流場的流動情況，采用了計算流體力學的手段對整級內的流動進行詳細的計算分析。整級結構幾何形狀非常復雜，內部流動具有明顯的三元流動和粘性流動、非定常流動特征，流動分析問題異常復雜。本計算分析的出發(fā)點為氣流流動的控制方程，包括三維可壓縮雷諾平均N-S方程、能量方程、連續(xù)方程、理想氣體狀態(tài)方程、以及Baldwing-Lomax代數(shù)湍流模型方程；采用有限體積法對控
6、制方程進行空間離散，采用顯式時間推進法求解，并使用有效的多塊/多重網(wǎng)格技術提高整個求解的收斂速度。計算域包括進氣道、葉輪、擴壓器、彎道、回流器，并在回流器出口段進行了適當?shù)难由?。網(wǎng)格采用多塊六面體結構網(wǎng)格。計算時流體工質選擇為空氣，進口邊界給定速度方向、靜溫（Tin=293K）、質量流量（G=0.5378kg/s），出口邊界給定靜壓（pout=137293.1Pa）。4計算結果分析4.1原無葉擴壓器內部流動分析利用上述計算平臺進行離心壓縮機小流量模型級的數(shù)值分析計算，得到了各元件（包括葉輪、擴壓器、彎道及回流器）內部三維流場的完全信息。原結構采用的是等寬無葉擴壓器，無葉擴壓器有結構簡
7、單，造價低，性能曲線平穩(wěn)，穩(wěn)定工況范圍寬等優(yōu)點。它的缺點在于，由于流體在無葉擴壓器中α角基本不變，流動路程較長，摩擦損失較大，在設計工況下效率比葉片擴壓器要低，當α角很小時這種不足更加明顯。通過對葉輪流道內部流場進行分析，發(fā)現(xiàn)葉輪出口的α2比較?。s8.5°），擴壓器中的流線偏長（見圖3），流動損失比較大，這可能就是擴壓器性能不高的重要原因之一。據(jù)此，嘗試在無葉擴壓器后端加一段葉片擴壓器，使方向角α增大，流道長度縮短，以達到減少流動損失的目的。4.2葉片擴
