带几何节流阀的离心压缩机旋转失速的数值研究

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离心压缩机的工作范围在大流量时受流动堵塞的限制,而在小流量下则受到旋转失速等非稳定流动的限制。旋转失速的存在不仅阻碍了离心压缩机性能的提高,而且失速进一步发展会对机组造成严重的危害,因此有必要对失速流动的机制进行分析研究。近年来,CFD技术得到了快速的发展,采用商业软件CFD对流场进行数值求解已经越来越多。数值模拟方法不仅能够容易地获得压缩机内部流场的各种参数,而且结果非常准确。本文采用数值模拟的方法对离心压缩机内部的流场进行详细的研究,在压缩机出口处采用几何节流阀模型。主要工作如下:  首先,采用UG软件对离心压缩机的几何模型进行构造,采用不同的网格划分软件对其进行准确的网格划分。  其次,对网格的无关性进行测试,找到能够得出准确计算结果的最少网格数目。在数值计算的前处理中,对动网格进行定义,并在计算过程中通过改变动网格参数来获得不同的出口流量。  然后,对压缩机进行定常的全场网格数值模拟,得到大流量下的整机性能曲线和部件性能曲线,并对不同流量下流动的性质进行了分析。然后对流场的结构进行分析,包括设计工况下压力场和速度场的介绍、大小流量工况下流场结构的改变。并且对叶轮的二次流、扩压器的射流尾迹结构以及蜗壳截面上的漩涡流动现象作了初步解释。  最后,采用非定常计算的方法对压缩机进行了全流场的数值模拟,得到了从大流量到小流量下的整机性能曲线和部件性能曲线,并进行了分析。采用频谱分析,得到了不同部件的失速频率。在最后进行的流场分析中,对设计工况、近失速工况以及失速工况下的压力场、速度场进行了对比分析,并对失速状态下各部件的流动特性进行了探讨研究。
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