离心式压缩机内部流动的数值与实验研究

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1、j矗“7臼g⑧灭津大薯中国近代第所大学硕士学位论文■■_^■R_

2、11■{■爿j：●哪■Illlla■_学科专业：流体力学作者姓名：赵衡指导教师：刘正完副教樗；∞+{m自±R2006年1月摘要近年来，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O．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

3、、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

4、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。关键字：离心式压缩机，湍流，数值模拟，实验测量ABSTRACTInrecentyears，thestudyofmultistageinternalflowshasbecomeoneofthemajorresearchareasinturbomachineryaerodynarnics．Wimthedev

5、elopmentofthenumericaltechnologyandcomputer,thecombinationofplaysicalexperimentsandnumericalcomputationshasbecomeoneofmajorwaystoanalyzeflowrulesandphenomenainthecentrifugalimpeller．Inthispaper,thecapabilityofonecentrifugalcompressorwhoseouterdiameterR

6、eynoldsnumberis5．9×105andManumberis0．8ismeasuredandtheperformanceparameterssuchastemperature，pressure，efficiencyandratioofpressureareobtained．nlevelocityfieldinthevaneddiffuserisalsomeaSuredusingthefive-holepressureprobeandthevelocitymagnitudeofdiffere

7、ntaxisSlu懂aceatinletandoutletisobtained．Combiningwitllresultofcomputation,theflowrulesinvaneddiffuserisanalyzed．ApplyingtheSIMPLECalgorithminCFDsoftware，multiplereferenceframeatrotor-statorcoupledareainthecompressorandwallfunctioninthecomputationveloci

8、tyandtemperatureatnearwall，theflowfieldofcentrifugalcompressorWaScomputed．Inthesalnecondition，theerrorbetweencomputationandexperimentationislessthanfivepercent．刀站distributionofvelocity,pressureandtemperatureinseveralsectionofcompressorareparticularlyan

9、alyzed．suchasimpeller,diffuserandcircumfluancepart．Itprovidesimportantnumericalevidenceforthedesignment，improvement，andoptimizationofcentrifugalcompressor．Itisfoundthatchangingtheinletsettingangleofvaneddiffusercarlimprovetheflowconditi