某小流量離心壓縮機(jī)設(shè)計與優(yōu)化

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1、大連理工大學(xué)專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文人員通過對一離心式透平進(jìn)行三維可壓縮定常流動的數(shù)值計算提出直接給定蝸殼通流截面面積變化規(guī)律進(jìn)行蝸殼設(shè)計的方法

2、1?。1996年，二維逆向設(shè)計方法由QiD．T首先提出，運(yùn)用這一設(shè)計方法QiD．T模擬了蝸殼進(jìn)El流動紊亂、參數(shù)不均的現(xiàn)象Il9I。1999年EAyder利用一種新模型模擬了蝸殼內(nèi)的總壓損失系數(shù)，測量了漩渦結(jié)構(gòu)【20】。緊接著，在2001年，J．D．H，Kelde等人在充分考慮粘性對流動的影響的前提下，采用非定常勢流模型，對低比轉(zhuǎn)速離心泵流動進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和數(shù)值模擬等工作，測量和計算得到蝸殼內(nèi)

3、速度時均值、靜壓值等數(shù)據(jù)【21J。2006年，西安交通大學(xué)的劉偉、齊維彪等通過實(shí)驗(yàn)的手段以圓形截面偏心蝸殼為研究對象，采用五孔探針測量技術(shù)對其內(nèi)部三維流場進(jìn)行研究、分析，為蝸殼設(shè)計與改良作出貢獻(xiàn)嘩J。2010年，一項(xiàng)關(guān)于離心壓縮機(jī)蝸殼在跨音速、高壓比的非設(shè)計工況條件下的非對稱現(xiàn)象對流動影響的研究由XOZheng、JHuenteler等人完成。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)所研究的壓縮機(jī)工作在低于設(shè)計流量的工況時，蝸殼會嚴(yán)重其影響非對稱穩(wěn)定性，并且進(jìn)氣角周向的變化與轉(zhuǎn)速有關(guān)，當(dāng)工作在跨音速條件時，兩者相互影響的關(guān)系變得不明顯123

4、。同年，周莉、張鑫對一

5、采用偏心方式設(shè)計的蝸殼內(nèi)部流場進(jìn)行數(shù)值模擬，了解流場內(nèi)情況，對蝸殼結(jié)構(gòu)改進(jìn)具有參考價值124

6、。2014年，劉振雄、胡博利用數(shù)值模擬的方法分析了對稱圓截面、對稱方形截面和非對稱圓截面三種截面形式的蝸殼內(nèi)部流動、靜壓、流量等參數(shù)的規(guī)律，得到非對稱圓形截面蝸殼對流動最有利的結(jié)論【25

7、。1．4小流量離心壓縮機(jī)研究從1950年開始，小流量高轉(zhuǎn)速離心壓縮機(jī)的效率都非常的低，只有60％上下，直到F．Guietal設(shè)計的葉輪，將效率提高到了84％，該葉輪的直徑尺寸只有63mmt26

8、。這對小流量離心壓縮機(jī)效率來說是一次質(zhì)的飛躍。楊策等介紹了一個

9、流量為0．215kg／s，轉(zhuǎn)速為95000r／min，壓比為1．8的帶分流葉片的小流量離心壓氣機(jī)的設(shè)計過程，使用Navier．Stokes方程對該離心壓氣機(jī)在設(shè)計工況下進(jìn)行了數(shù)值模擬，通過對結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)該壓氣機(jī)大體達(dá)到用戶要求f271。史建軍、莫子高等通過實(shí)驗(yàn)的方式研究了某一小流量離心壓縮機(jī)因采用不同入口尺寸的擴(kuò)壓器其性能的變化情況，其中用于試驗(yàn)的葉輪的葉片型線復(fù)雜，采用“全可控渦”方法設(shè)計，設(shè)計轉(zhuǎn)速1340r／min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明擴(kuò)壓器的入口尺寸在很大程度上決定著機(jī)器的性能惻。某小流量離心壓縮機(jī)設(shè)計與優(yōu)化西安交通大學(xué)的程航、聞蘇

10、平等利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法和CFD技術(shù)相結(jié)合的方法，對小流量系數(shù)離心壓縮機(jī)葉輪進(jìn)行優(yōu)化。研究結(jié)果顯示通過擴(kuò)寬葉輪流道軸向?qū)挾群筒捎幂d荷分布均勻的葉片可提升該小流量葉輪的氣動性能【29

11、。朱智富、王航等人通過數(shù)值模擬的方法，以車用渦輪增壓器離心壓氣機(jī)為研究對象，在設(shè)計轉(zhuǎn)速120000r／min下小流量工況時對其內(nèi)部流動的非定常效應(yīng)進(jìn)行模擬，明確了喘振發(fā)生前離心壓氣機(jī)各部件非定常流動的特點(diǎn)，通過對穩(wěn)態(tài)結(jié)果的研究發(fā)現(xiàn)了在近喘工況時所有部件性能均表現(xiàn)出惡化的趨勢，并根據(jù)以上研究結(jié)果探討了1種新的壓氣機(jī)喘振發(fā)生機(jī)理【301。1．5OFD技

12、術(shù)在流體機(jī)械中的應(yīng)用在還未出現(xiàn)CFD技術(shù)之前，對機(jī)器的設(shè)計主要是采用理論分析和制造出實(shí)際的樣機(jī)并對其運(yùn)行的性能進(jìn)行測量的方法，在這基礎(chǔ)上改進(jìn)、優(yōu)化機(jī)器的結(jié)構(gòu)、效率等指標(biāo)。大量且重復(fù)性的工作，必然造成資源的消耗、人力的浪費(fèi)，最終也不一定能達(dá)到預(yù)想的結(jié)果。較長的設(shè)計周期、受到科技水平和認(rèn)知局限的制造技術(shù)等不利因素阻礙著世界各國的研究者開發(fā)出高性能的機(jī)器。與實(shí)驗(yàn)和理論分析相比，數(shù)值模擬方法以其自身的特點(diǎn)和獨(dú)特的功能，迅速被科研工作者認(rèn)可與采納，逐漸成為研究流體流動的重要手段，降低成本、縮短周期，并與實(shí)驗(yàn)和理論分析融合為一體，完善研究方法，

13、計算流體動力學(xué)(CFD：ComputationalFluidDynamics)應(yīng)運(yùn)而生p1

14、。隨著技術(shù)不斷完善，CFD方法的可靠性、準(zhǔn)確性、效率得到極大提升，通過計算機(jī)軟件輔助，降低成本、縮短研發(fā)周期，CFD技術(shù)也更加廣泛地應(yīng)用到了探索、研究各個領(lǐng)域所涉及的流體機(jī)械的內(nèi)部流動中[31】。本文借助NUMECA軟件對小流量離心壓縮機(jī)組的設(shè)計結(jié)果進(jìn)行數(shù)值模擬與分析。其為NUMECA國際公司開發(fā)的、采用最新的先進(jìn)數(shù)值分析技術(shù)、集成化的CFD軟件，其中分析軟件包括FINETM／Turbo、FINETM／Marine、FINETM／Open等，

15、均包含有前處理、求解器和后處理三個部分；優(yōu)化設(shè)計軟件包括AutoDesign、FINE／Design3D以及AutoBlade；多場耦合軟件包括MpCCI和VNoise。FINElM／Turbo適用于內(nèi)部流動，F(xiàn)INEⅢ／Marine