收藏本站
收藏 | 论文排版

离心压缩机系统内无叶扩压器失速的三维模型

沈枫  
【摘要】:无叶扩压器失速是离心压缩机系统内常见的非稳定流动现象之一,它限制了扩压器的稳定工作范围,也限制了离心压缩机整机的稳定工作范围,并影响整机的运行可靠性。认识无叶扩压器内的非定常流动特性,掌握预测无叶扩压器失速的方法,对于扩展其运行范围,改善其工作效率意义重大。而深入研究和理解无叶扩压器内的流动现象,对于无叶扩压器的优化以及与压缩机系统中其他部件的匹配也具有指导意义。 本文建立了三种离心压缩机系统内无叶扩压器失速的三维模型,研究了无叶扩压器内的非稳定流动及其失速特性。本文首先通过求解线性化的三维不可压缩欧拉方程,建立了研究无叶扩压器失速问题的三维不可压缩理论模型。研究了无叶扩压器入口非扰动流径向速度在轴向上的分布对扩压器扰动流场以及对失速特性的影响。此外还研究了周向波数,叶轮叶片后弯以及无叶扩压器宽度对扩压器稳定性的影响。模型的计算结果显示,无叶扩压器入口流动的轴向分布会激发内流场轴向速度扰动。同时,对三种不同的入口流动轴向分布类型的研究发现,符合Fj0rtoft提出的非稳定流动必要条件的分布类型临界流量系数最大,即最不稳定。对周向波数的研究发现,最不稳定波数与实验中常见的失速团个数一致,通常在2~4。对叶片后弯的研究证实了后弯对于提高无叶扩压器稳定性的作用,且无叶扩压器越长,扩稳效果越明显。在叶片后弯且入口流动轴向分布不均一情况下发现的多重共振现象则为实验中得到无叶扩压器内可能相继出现两种不同转速失速团的现象提供了一种理论解释。此外,研究还发现增加无叶扩压器的宽度,在保持入口流动轴向分布不变的情况下可以增加长扩压器的稳定性。 在三维不可压缩模型的基础上,本文进一步通过求解线性化的三维可压缩欧拉方程,建立了研究无叶扩压器失速问题的三维可压缩理论模型。研究了不同入口马赫数下,无叶扩压器入口非扰动流径向速度在轴向上的分布,周向波数,叶轮叶片后弯角以及无叶扩压器宽度对于扩压器失速的影响,得到了相应的临界流量系数和失速团转速。模型的计算结果显示,无叶扩压器内的扰动流参数幅值随入口马赫数的升高明显增大。对于较短的无叶扩压器,入口流动的轴向分布对其稳定性的影响较为明显;而对于较长的无叶扩压器,入口马赫数对其稳定性的影响较大。周向波数对无叶扩压器稳定性的影响效果随马赫数的变化较小,叶片后弯的相对扩稳效果随马赫数的变化亦不明显,而增加无叶扩压器的宽度但保持入口流动轴向分布不变的所带来的扩稳效果,随着入口马赫数的上升而增强。在较高的入口马赫数下,临界流量系数很接近但相应失速团转速相差明显的多重共振现象,不仅出现在较短的无叶扩压器内,也会出现在中等长度的无叶扩压器内。 在平行壁面无叶扩压器失速模型的基础上,本文通过求解非正交坐标系下的线性化三维可压缩欧拉方程,建立了一种可用于研究非平行壁面无叶扩压器失速问题的理论模型,研究了不同轮盖型线对扩压器稳定性的影响,以及非平行壁面无叶扩压器内,周向波数,叶轮叶片后弯角,以及无叶扩压器入口段收缩对于扩压器失速的影响,得到了相应的临界流量系数和失速团转速。模型的计算结果验证了收缩型轮盖对无叶扩压器的扩稳效果,且扩稳效果随着收缩率以及入口马赫数的上升而增强。在非平行壁面无叶扩压器内,最不稳定波数有所减小,但仍然大于1。叶片后弯对非平行壁面无叶扩压器同样具有扩稳效果,但多重共振在较短的非平行壁面无叶扩压器内被抑制。研究还发现,在无叶扩压器入口宽度与出口宽度保持不变的前提下,无叶扩压器入口段收缩越大,稳定性越高。 最后,将本论文所开发的无叶扩压器三维不可压缩模型,三维可压缩模型以及用于非平行壁面无叶扩压器的可压缩模型得到的失速预测结果,与文献中以及课题组的低速离心压缩机系统的实验结果,Honeywell高速离心压缩机系统的CFD结果,以及文献中非平行壁面无叶扩压器实验结果进行了比较。结果表明,对于宽度较大的无叶扩压器,忽略边界层的核心流模型可以得到较好的预测结果,且三维模型的预测结果比二维模型更准确。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 沈枫;竺晓程;杜朝辉;陈化;;离心压缩机无叶扩压器的三维失速模型[J];上海交通大学学报;2011年09期
2 郭强;竺晓程;杜朝辉;陈华;赵岩;;低速离心压缩机旋转失速的试验研究[J];实验流体力学;2007年03期
3 郭强;竺晓程;杜朝辉;陈华;赵岩;;带气腔的离心压缩机旋转失速的三维数值模拟[J];航空动力学报;2007年07期
4 加纳文质;吴广位;;关于离心压缩机用叶片扩压器的研究[J];国外内燃机车;1984年04期
5 高丽敏;刘波;王欢;;无叶扩压器对离心压缩机流场及性能影响的数值研究[J];中国机械工程;2008年17期
6 姜培正,付卫东;蜗壳二维设计与实验研究[J];流体机械;1988年11期
7 冀春俊;王宇;;离心压缩机末级扩压器与排气蜗壳集成优化[J];风机技术;2009年06期
8 ;小流量离心式压缩机级的研究[J];压缩机技术;1981年02期
9 王企鲲;陈康民;戴韧;;多级离心压缩机无叶扩压器内气动性能的数值研究[J];流体机械;2006年01期
10 高闯;谷传纲;王彤;戴正元;;大宽度无叶扩压器旋转失速特征的数值分析[J];上海交通大学学报;2007年09期
11 马林;无叶扩压器壁面摩擦系数的计算和讨论[J];流体机械;1989年07期
12 刘立军,徐忠;离心压气机无叶扩压器内部流动的实验测量和数值分析[J];西安交通大学学报;2001年03期
13 韩海泉,谷传纲,缪骏 ,杨波;单级离心通风机内有叶扩压器与无叶扩压器流场数值模拟[J];风机技术;2005年03期
14 马超;王航;刘云岗;朱智富;;小流量下离心压气机无叶扩压器数值模拟及流动分析[J];内燃机与动力装置;2010年05期
15 窦华书;径向无叶扩压器内三维湍流边界层分离点的计算[J];流体机械;1993年01期
16 张玮,王元,徐忠,张惠;离心叶轮出口与无叶扩压器内部流动特性的DPIV实验研究[J];空气动力学学报;2005年02期
17 高闯;谷传纲;王彤;肖军;;无叶扩压器内的射流-尾迹型扰动分析[J];动力工程;2009年04期
18 张治平;李宏波;谢艳群;钟瑞兴;;一种高温离心式压缩机扩压器的改进与优化[J];暖通空调;2011年01期
19 楚武利 ,姜桐;离心压气机无叶扩压器旋转失速实验研究[J];航空动力学报;1990年02期
20 席光,王尚锦,袁民建,李杜鹃;离心式叶轮出口及其无叶扩压器内部流场的实验研究[J];工程热物理学报;1992年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王企鲲;戴韧;陈康民;;多级离心压缩机级间静止部件气动性能的数值研究[A];中国动力工程学会第三届青年学术年会论文集[C];2005年
2 廖红桃;王忠良;;叶轮出口安装角的分析[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年
3 王志强;;离心压缩机动静碰摩的研究与分析[A];科学发展与社会责任(A卷)——第五届沈阳科学学术年会文集[C];2008年
4 王琦;陈长征;;小波变换在离心压缩机故障信号压缩中的应用[A];现代振动与噪声技术(第九卷)[C];2011年
5 陈福芳;许敏;;离心压缩机半开式65°模型级的研究[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(下册)[C];1999年
6 卢鹏飞;;工艺离心压缩机的技术创新[A];制造业与未来中国——2002年中国机械工程学会年会论文集[C];2002年
7 孙洋;;压缩机模型级试验不确定度分析[A];第八届沈阳科学学术年会论文集[C];2011年
8 卢鹏飞;;提高工艺装置用离心压缩机效率和性能的途径[A];面向制造业的自动化与信息化技术创新设计的基础技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
9 倪根元;许建国;;气-热联供节能新技术的应用[A];江苏省能源研究会成立二十周年纪念暨第十届学术年会热电专委会第十二届年会暨学术报告会论文集[C];2004年
10 慈蕾;谢蓉;黄钟岳;;无叶扩压器轮盖侧加装导叶的改进方法[A];中国动力工程学会第三届青年学术年会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 沈枫;离心压缩机系统内无叶扩压器失速的三维模型[D];上海交通大学;2011年
2 高闯;离心压缩机无叶扩压器失速与系统喘振先兆分析研究[D];上海交通大学;2011年
3 郭强;带无叶扩压器的离心压缩机失速现象的实验和数值研究[D];上海交通大学;2007年
4 王传鑫;离心压缩机综合控制方法研究[D];大连理工大学;2010年
5 杨名洋;内燃机高压比离心压气机扩稳非对称流动控制研究[D];清华大学;2011年
6 徐伟;具有自适应功能的离心压缩机孔式机匣处理方法理论与实验研究[D];上海交通大学;2011年
7 余光伟;多平行轴齿轮—轴承—转子系统耦合振动的有限元分析[D];上海大学;1999年
8 王维民;离心压缩机轴位移故障自愈调控及密封改进增效技术研究[D];北京化工大学;2006年
9 李常有;维修决策理论研究及其在离心压缩机转子系统中的应用[D];哈尔滨工业大学;2009年
10 魏立东;基于智能控制的回转压缩机械故障诊断与研究[D];大连理工大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 马超;车用涡轮增压器离心压气机无叶扩压器的数值研究及特性曲线形成机理分析[D];山东大学;2011年
2 林韵;涡轮增压离心压气机非对称无叶扩压器扩稳方法研究[D];清华大学;2012年
3 王宇;离心压缩机末级扩压器与排气蜗壳集成优化[D];大连理工大学;2009年
4 裴威;小流量模型级数值模拟与改进设计[D];大连理工大学;2011年
5 郝维;离心叶轮变工况气动性能计算及CFD验证[D];天津大学;2012年
6 李晓庆;增压器压气机流动分析与改进设计[D];大连理工大学;2011年
7 李瑭珺;离心压缩机喘振模型与稳定性分析[D];上海交通大学;2011年
8 王桂林;叶片参数的优化方法及数值研究[D];天津大学;2010年
9 刘洋;回流器入口冲角对于压缩机性能影响的研究[D];大连理工大学;2013年
10 闫宝升;离心叶轮内部流动特征与性能的数值研究[D];天津大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;新型二氧化碳离心压缩机通过鉴定[N];今日信息报;2004年
2 记者 王繁泓;二氧化碳离心压缩机通过鉴定[N];农资导报;2004年
3 秦夏王辉 梁雅玲;陕鼓离心压缩机实现多“点”突破[N];中国工业报;2007年
4 本报记者 李军;打破垄断坚冰 造福尿素企业[N];中国化工报;2006年
5 秦夏 王辉 梁雅玲;陕鼓离心压缩机在多领域实现突破[N];中国化工报;2007年
6 本报记者 李军;尿素企业节能要从“心脏”入手[N];农资导报;2006年
7 记者 刘墉通讯员 秦夏 王辉 梁雅玲;陕鼓离心压缩机接连实现多领域突破[N];西安日报;2007年
8 李廷;西安交大研制成功CO_(2)离心压缩机[N];农民日报;2004年
9 王繁泓;新型二氧化碳离心压缩机通过科技成果鉴定[N];中国花卉报;2004年
10 王繁泓;西安交大节能型CO2离心压缩机运行平稳[N];中国工业报;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978