根据相似准则原理介绍模化设计在压气机中的应用

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1、根据相似准则原理介绍模化设计在压气机中的应用一、概述模化设计是发展大型新压气机的重要手段。通观国内外压气机发展的历史，压比较高的大容量压气机一般都是在原来性能比较优秀但压比较低的小容量压气机（我们称之为母型机）的基础上采用前后加级等措施提高压比和流量而得到的。由于压气机技术比较复杂，还有一些比较深刻的内涵目前还不太为人们所知，取得一台性能良好的全新压气机需要花很多的精力与费用，因此有了一台母型之后，模化加级设计就成为进一步发展新压气机的主要手段。二、原理介绍Π定理：Π定理描述了任一物理过程或者物理方程所相关的有梁刚物理量与相应的无量纲参

2、数之间在的关系。若一个方程包含了??个物理量，每个物理量的量纲均有??个独立的基本量纲组成，则这些物理量可以并只可以组合成?????个独立的无量纲参数，称为Π数。选择??个独立的物理量为基本量，将其余?????个物理量作为导出量，依次同基本量作组合量纲分析，可以求得?????个互相独立的Π数[1]。设原来的方程为：??1=??(??2,??3,…,????)经量纲分析后，由相互独立的?????个Π数组成新的方程：Π1=??(Π2,Π3,…,Π?????)Π定理极大的减少了描述物理过程的物理量，并且在一定程度上揭示了物理过程的本质[2]。

3、流动相似原理指出：如果两个流动的相似准则相等，则流动就相似，对于透平机械内的流动而言，在几何相似的条件下，流动相似的条件是：第一级动叶进口的绝对无因次速度对应相等，第一级动叶进口无因次圆周速度对应相等，即：????1=常数，????1=常数由气动力学知识可知，无因次速度????1与无因流量??(????1)为单值函数，因此，相似条件转换为：??(????1)=常数，????1=常数如果以??(????1)和????1作为自变量绘制压气机特性，则可以得到压气机的通用特性曲线。?????=??1??(????1,????1]?????=??

4、2??(????1,????1]两个流动相似的压气机，速度三角形相似，所以相似条件又可以换为：??(??????)=常数，????1=常数??????是压气机的无因次轴向分速度。由流量公式：??1??????(??????)=≈11??1无因次速度：????对一台压气机的两个不同工况，相似的条件是：????1=??=????????????=??=常数对同一台压气机，可用????????还可使用标准流量和标准转速：?101300??????????=????288??????=????压气机模化设计要求选择好母型机，并且要能够绘制出母型

5、机的特性曲线[3]。模化准则(1)通流部分几何相似,包括表面粗糙度相似。(2)平均绝热指数??相等。(3)表示压缩特性的马赫数??相等。(4)表示粘性特性的雷诺数??在自动模化区域。(5)表示气体速度与圆周速度之比斯特鲁哈尔数???相等,即流量系数φ相等。模化设计中需要进行模化机的雷诺数计算,认为雷诺数大于2～3×105时，在自动模化区，小于这个数值，不满足相似准则。?假如母型压气机的特性曲线是由????1和????1为自变量表示的，当已知流量??、压比????、进??气温度?????和进气压力????时，在保证一定效率，具有一定喘振裕

6、度的条件下，按给定压比????，在母型压气机特向上选取模化点，即可以算出压气机进口截面面积：??????1=??????由于所设计的压气机与母型压气机为几何相似，所以轮毂比相同，因此，可以求出设计压气机第一级进口外径：4??1??1??=1根据模化点的????1，可以求出圆周速度和转速：??1=????1??????2??1??1??=1+??1得：????=模化系数定义为：??1??????=1由此可以求出其他几何尺寸。??如果母型机的特性曲线是以????=??1??(????1,????1]和????=??2??(????1,???

7、?1]的形式给出，则在母型机特性曲线上找到设计压气机的压比，从而求出??????和??????，但此时，设计压气机的标准流量和标准转速必须要根据??(??????)和????1相等的条件得出。三、应用举例应用举例1：设计氦气轮机过程中利用空气作为介质进行工作模拟步骤简介：第一步：根据设计马赫数和工质选取合适的相似准则，换算出模拟实验条件第二步：根据该实验条件，得出不同转速不同流量情况下压气机模型的性能曲线第三步：利用相似准则之间的关系换算出压气机原型的实验性能图，与设计性能图相比较，对压气机的设计进行校核与优化[4](1)选取相似准则当

8、压气机在氦气和空气条件下工作时，两种工质的分子量、绝热指数k和比热容等物性差别较大，不满足物质相似的条件，所以不同工质条件下的相似分析不是完全相似的，而是简化的近似相似分析。不同工质条件下，在集合相似满足的