湍流模型的对比与叶轮机械内部气动性能的数值模拟

【摘要】：级环境下的流动是近年来叶轮机械领域研究的热点问题之一。本文以某离心压缩机中间级单通道为计算模型,对流道内部的复杂湍流流动特征及其性能进行数值模拟研究。结合实验数据,分析压缩机各个部件内部流动特点及规律。 首先利用典型后台阶实验数据进行湍流模型的对比和确定,通过大量数据计算比对速度剖面、压力系数、摩擦系数等参数,再考虑网格数、计算时间、CPU容量等硬件因素,选择标准k-?湍流模型进行本文的数值计算。所研究压缩机模型外径400mm,机器马赫数0.8,叶轮转速13366rpm。实验数据由某压缩机制造设计企业实验中心提供。本文计算9个工况点,将实验结果和计算数据得出的相应性能参数值进行了对比。计算所得曲线与实验相比趋势较符合且最高效率误差不超过4%。 选取一个设计工况和两个非设计工况,详细分析了叶轮、扩压器、回流器等重要部件内部流动特征,通过压力、速度分布的对比,发现非设计工况的回流、特征梯度不均等问题会导致流动损失过多,效率降低,而设计工况附近的均匀流动则不易发生分离现象且有较高效率。研究结果为离心压缩机的设计、改进和优化提供有价值的数值依据。