进口弯管对离心压缩机气动噪声影响的数值研究

设计研究中离心压缩机进口均假定为直管,而实际应用中进口管道多为弯管布置。采用数值模拟的方法对比了不同转速下90°进口弯管和进口直管对离心压缩机内部压力脉动的影响,并分析了进口弯管对离心压缩机气动噪声的影响。结果表明,进口弯管引起叶轮进口处基频的8倍频幅值在近弯管内侧处增大,叶片表面的基频幅值减小;叶顶间隙处16倍频幅值显著增大,在扩压器出口处影响已很小。弯管进口造成离心压缩机进口处声压级增大约7dB,需要在气动设计过程中考虑进口弯管的影响且在进口处采取降噪设施,以减少从进口弯管向外辐射的噪声。弯管进口对出口处噪声的影响较小,主要为宽频噪声减小。     

进口导叶对斜流式叶轮级性能调节的数值研究

针对两种不同翼型的进口导叶,数值研究了导叶在不同开度下对超大流量系数斜流级内部气体流动的影响和调节特性,并预测了进口导叶与斜流叶轮耦合在不同导叶开度下的性能曲线。结果表明,进口导叶能有效扩大调节范围,使斜流压缩机能在更宽的工况范围内运行。导叶开度和翼型对斜流叶轮的气动性能产生影响,开度增大导致气体流动的不均匀性变大,而当开度增大到一定程度时,进口导叶的调节能力变差,对斜流叶轮气动性能产生负面影响。     

叶片数和安装角对氦气压缩机性能影响研究

使用ANSYS软件对主氦风机的叶轮进行模型建立和数值模拟,分别对叶轮的叶片出口安装角为27.5°～37.5°和叶片数为15～19的氦气压缩机进行建模和仿真计算,分析叶轮叶片出口安装角和叶片数对氦气压缩机内部流场和效率的影响。结果表明:随着叶片出口安装角的增大,叶轮的出口压力增加,但压缩机的多变效率下降;随着叶轮叶片数的增加,叶轮出口压力增加,在70%设计流量工况下,减少叶轮叶片数会导致压缩机多变效率下降;当流量大于设计流量时,增加叶片数则导致压缩机多变效率下降。     

压缩机可调进口导叶性能的数值分析

以某压缩机IGV为例,利用CFX软件,对IGV的性能进行数值分析,得到随开度、流量变化压力损失曲线,效率曲线、叶片扭距曲线等.研究表明,IGV到叶轮入口的通流半径影响叶轮入口预旋.静压损失系数随开度增大而增大,随流量的增大成线性增大.     

时序效应对离心压缩机叶片非定常气动负荷影响

针对国内某大型企业不同机组离心压缩机叶轮叶片进行非定常流动数值分析,通过求解三维瞬态N-S方程组,得到流场分布和叶片表面的静压载荷信息。利用数值实验方法获得离心压缩机不同时序位置叶轮叶片表面动载荷的变化,并通过傅里叶变换得到叶轮叶片表面动载荷的分布特性,进而分析不同时序位置叶轮叶片表面气动负荷的差异。数值计算表明,时序效应对离心压缩机流道内流动以及叶轮叶片的非定常气动负荷存在不可忽略的影响,且合适的时序位置具有改进压缩机级性能的潜能。动载荷是压缩机叶轮叶片结构发生疲劳破坏的诱因,且不同机组离心压缩机中的时序效应对气动载荷的影响具有一致性。     

机载离心式制冷压缩机叶轮级流动仿真研究

离心式制冷压缩机对机载蒸汽压缩制冷系统有重要影响;大流量离心制冷压缩机的运行效率远大于小流量压缩机效率,针对现有的双级小流量离心制冷压缩机,通过实验测试和CFD仿真,对制冷剂R134a在泵式叶轮内的流动进行了分析。结果表明:在所测试参数条件下,叶轮进口靠近压力面处的制冷工质出现明显的二次流现象,气体流动出现盖面分离,叶轮内部损失较大;改变叶轮叶片出口安装角可提高效率及压比;针对不同叶轮叶片数的仿真计算对比,可确定在所设计模型中最佳叶片数。     

离心压缩机大流量三元流叶轮的试验研究

本文对多级离心压缩机用的大流量三元叶轮的轮毂比大,相对宽度大,进口马赫数高,又要求轴向尺寸小的气动特点。论述了给定载荷的叶片设计方法和最佳叶片载荷分布型状;在无粘准三元设计计算中如何采用熵梯度使叶轮进口和出口流场计算与实际粘性流动相符合等问题。     

大流量系数离心压缩机叶轮及扩压器气动设计与分析

本文以流量系数等于0.2的离心压缩机为研究对象,发展了大流量系数离心压缩机的设计与分析方法,完成了该压缩机叶轮+扩压器的一维方案设计、二维子午流道设计和三维叶片设计,并利用CFD软件对所设计的叶轮+扩压器进行了数值验证。结果表明:所发展的设计方法能够用于大流量系数离心压缩机研发,气动性能指标满足设计要求,对进一步优化设计和结构强度分析具有应用价值。     

焊接式闭式叶轮应力优化分析

压气叶轮作为压缩机的主要部件,主要受离心力影响。通过仿真计算在不改变气动参数的前提下,带有8个叶片的闭式离心叶轮,在离心荷载作用下,分析了叶顶倒角、轮盖厚度、轮盖倒角对叶轮的强度影响。经过分析,发现在叶片进口叶顶位置应力最大。为了减小叶轮局部位置上最大应力,对叶片与轮盖的连接处倒圆进行了分析。进一步对轮盖的几何结构重新优化设计,分析结果证明盘侧厚度增加有利于提高叶轮强度;通过改进整体叶轮外形,叶片进口处的应力集中现象得到大幅度的改善。     

跨音速离心压缩机叶轮分流叶片的数值研究

利用三维数值模拟的方法对一跨音速离心压缩机进行了气动设计优化分析,研究了变叶片数和分流叶片结构对叶轮以及级性能的影响.结果表明:在固定叶片数下,不同长度的分流叶片在小流量下性能差距不大,但是在大流量工况下,带有长分流叶片的叶轮性能迅速下降;不应该简单地选择长叶片的截短作为分流叶片,分流叶片的型线优化同样有必要,也应该引起足够的重视;对本文算例,通过对不同叶片数、不同分流叶片形式的研究,最终确定18~20为最佳叶片范围,其整体性能优于原设计.     

分流叶片对超临界二氧化碳离心压缩机内部流动特性的影响

对带有分流叶片的超临界二氧化碳离心压缩机进行数值模拟,对比分析了分流叶片的长度系数L軈及周向分布系数准对压缩机内部流动特性的影响。研究表明:当长度系数L軈≥0.5时,分流叶片能够有效地抑制主叶片表面的流动分离,但当长度系数增大到0.7时分流叶片使得压缩机进口叶栅稠度增大,同时其前缘的两相流占据整个分流叶片吸力面流道,堵塞流量较原型机下降2.35%;分流叶片向主叶片吸力面偏移能够减弱低速流体团对流道的阻塞作用,改善分流叶片与主叶片吸力面之间的流动特性,拓宽压缩机稳定工作范围,周向系数准=0.6时叶轮运行特性优于原型机。     

非设计工况下斜流泵叶轮进出口环量变化分析

基于RNG k-ε湍流模型对斜流泵内部三维流场进行了数值计算,重点针对非设计工况下的斜流泵叶轮进出口环量分布特征进行了分析。研究结果显示,在设计点附近的叶轮进口环量受叶片进口边影响较大,不同采样线的环量分布具有一定差异,小流量工况下受到叶轮进口回流的影响,不同采样线的环量分布趋于一致。叶轮出口环量分布受采样线位置影响较小,在设计流量点时,叶轮出口呈等环量分布。在小流量工况点,受到叶轮出口回流的影响,叶轮出口外缘处的环量数值显著增大。通过研究还发现,从叶轮出口流道通过轮毂一侧回流进入叶轮的流体微团具有与叶轮旋转方向相反的圆周速度分量,其环量数值甚至低于同工况下的叶轮进口环量值。     

带加强盘的交错叶片型风机结构及流动特性

为提高大流量离心风机的气动性能,运用计算流体动力学研究了加强盘位置及叶轮型式对叶轮结构强度、风机性能及压力脉动的影响。结果表明：加强盘居中时风机设计点效率与原型机相比提升3.9%,叶轮最大总变形量减小56.5%,蜗壳流域压力脉动降低5.4%;表面加强盘居中有利于增强叶轮结构强度,提升风机气动性能并降低蜗壳流域压力脉动;采用交错叶片能降低70%以上蜗壳流域压力脉动,有利于风机离散噪声控制;受高低能流体掺混产生的湍动能耗散影响,交错叶片型风机气动损失增加,且叶道内压力脉动幅值增大。加强盘居中和采用交错叶片是提高大流量离心风机气动性能和降低离散噪声的有效方法,但需注意其对气动损失的影响。研究结果可为大流量风机加强盘设计提供理论依据。     

叶片前缘载荷分布对大流量系数离心压缩机叶轮性能的影响

本文主要针对大流量系数模型级的叶轮叶片载荷分布进行研究,通过改变叶片前缘载荷(叶片0~20%无量纲中弧线长)分布来设计不同形式叶轮,并进行了数值模拟分析,通过对流场的分析和性能曲线的对比,研究叶片前缘载荷对叶轮性能的影响,研究发现不同的载荷分布形式使得压缩机的性能曲线也有不同程度的左右偏移,叶轮内部流场也有较大差别,分析结果可为大流量系数模型级叶轮结构的优化设计与性能提高提供理论依据,同时为大流量系数压缩机的开发提供参考。     

叶片厚度对混流式核主泵叶轮能量性能影响研究

基于三维不可压缩流体N-S方程和RNGκ-ε湍流模型,对混流式核主泵叶轮水力模型的能量性能进行了数值预测,研究了不同叶片厚度及其分布规律对混流叶轮模型水力性能的影响。通过分析叶轮叶片压力面、吸力面的静压分布,获得叶片表面的载荷分布及其变化规律。结果表明:随着叶轮叶片厚度减薄,最高效率值有所增大且高效点向大流量工况偏移;当叶片最厚处位置在靠近进口边约1/3处时,叶轮水力效率值最大;随着叶片最厚位置由进口向出口移动时,最高效率点向大流量工况偏移。     

无叶扩压器对离心压缩机流场及性能影响的数值研究

采用自编的CFD程序数值研究了无叶扩压器对离心压缩机流场及气动性能的影响.采用当地时间步长、多重网格以及隐式参差光顺等技术来加速收敛,以质量流量来代替出口静压的出口边界条件,使出口静压在计算过程中与给定的流量工况自动匹配,大大节省了计算时间.对Krain叶轮后带等面积与直壁两种形式的无叶扩压器离心压缩机内部流场进行了计算与分析,结果表明:直壁型无叶扩压器离心压缩机的效率低于等面积无叶扩压器离心压缩机的效率;直壁型无叶扩压器使得叶轮出口的流动出现分离;扩压器的形式对离心叶轮的整体气动性能影响并不大;在进行离心叶轮数值研究时,叶轮后的延伸区最好采用等面积无叶扩压器,以尽量减小无叶扩压器所引起的计算误差.     

半开式叶轮线性减小叶顶间隙气动性能分析

采用非结构化网格有限体积法和数值方法分析了线性减小叶顶间隙形式对半开式离心叶轮内部流场和气动性能的影响.首先在设计相对间隙下进行了不同流量工况数值分析,然后在设计流量下,分别针对7种从叶轮进口到叶轮出口间隙线性减小的半开式叶轮和7种从叶轮进口到出口等间隙的半开式叶轮进行了数值模拟.与等间隙形式相比.线性减小叶顶间隙形式对半开式离心叶轮的气动性能、泄漏流量、出口绝对气流角和叶轮出口损失的影响呈现出不同的规律.     

多工况下离心压缩机叶片承载的流固耦合效应分析

针对国内某大型离心压缩机叶轮叶片利用流固耦合技术,通过求解流体和固体的耦合方程,对冬季和设计工况下的叶轮叶片的应力应变分别进行了计算分析。理论分析表明,叶轮叶片的应力主要由离心力引起的拉应力和气动载荷引起的叶片弯应力构成。数值计算表明：对所研究的离心叶轮而言,离心力产生的拉应力是构成叶片应力的主要因素,而气动载荷引起的叶片应力相对较小;但单独进行力学分析其危险工作面的位置会发生变化,计算结果显示应力应变异常区域与实际叶片发生断裂的部位相一致。本文研究结果为实际运行发生事故的原因分析提供一定的依据。     

变厚度叶片对离心压缩机结构强度和性能影响

随着离心式压缩机向大流量、高压比、高效方向发展,使大型机组在设计、制造、使用寿命以及可靠性评估等方面存在一系列问题,特别是运行中存在的隐患。叶轮作为离心压缩机、泵等大型旋转机械的核心部件,其性能好坏直接关系到运行的安全性。离心压气机叶轮的结构设计既要考虑其气动性能,又要考虑其结构强度要求。本文研究了满足气动特性的叶轮结构的应力优化方法,用贝泽尔曲线拟合叶轮的子午线形状,通过叶片型线的放置角度和叶片厚度来控制叶片的三维形状。采用径向基函数(RBF),建立了叶轮的变效率和最大应力模型;利用cors-brf约束优化算法求解该优化问题。试验表明,该叶轮气动性能优良。     

基于CFD的离心压缩机整级性能优化设计

本文采用CFD技术研究离心压缩机整级性能优化设计方法.首先用一元理论进行初始设计,应用全三维流场分析的方法分析叶轮、扩压器以及回流器叶片参数变化对压缩机性能的影响.在此基础上,对主要几何参数进行了优化设计.研究结果表明;通过在压缩机运行过程中调节扩压器叶片的角度,可以使压缩机的最大效率和工况范围均得到改善.对于本模型的压缩机,效率可提高3％以上.优化设计后压缩机整级气动性能得到明显改善.