离心式压缩机内部流动的数值与实验研究

【摘要】： 近年来,级环境下的流动成为叶轮机械气体动力学研究的焦点。随着数值计算方法及计算机的发展,对离心叶轮内部的复杂流动进行数值模拟,并与实验结合,考察其流动规律、明确其内部的流动现象已成为重要的研究手段之一。 本文对一叶轮外径雷诺数为5.9×106,马赫数为0.8的离心压缩机级进行了性能实验测量,得到了离心压缩机的温度、压力、效率、压比等性能参数。将五孔探针测压技术用于离心压缩机扩压器内速度场的测量,得到了扩压器进、出口半径不同轴向面上的速度值,对比计算结果,分析了扩压器内的流动特点。 应用计算流体软件中的SIMPLEC算法,并在压缩机内动静耦合区域采用多重参考系法、在近壁区速度及温度的计算中采用壁面函数法,对离心压缩机整机内部流动进行了数值模拟。计算结果与相同条件下实验结果的误差小于5%。详细分析了离心压缩机各部件如叶轮,扩压器,回流器内的速度、压力和温度的分布规律,并分析了影响离心压缩机效率的原因,为离心压缩机的设计、改进和优化提供了重要的数值依据。 数值分析证明通过改变扩压器叶片的进口安装角,可以有效地改善其内部的流动情况,推迟流动分离现象的发生,达到扩宽压缩机稳定工作范围、在变工况下高效、稳定运行的目的。