離心壓縮機(jī)喘振模型與穩(wěn)定性分析.pdf

1、失速和喘振是離心壓縮機(jī)運(yùn)行過程中常見的非定常流動現(xiàn)象，限制了機(jī)器的穩(wěn)定工作范圍，并且會影響其運(yùn)行的可靠性。因此，研究并掌握其非定常流動的特性對提高離心壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)效率，擴(kuò)大其穩(wěn)定運(yùn)行工作范圍和提高其可靠性有深遠(yuǎn)的意義。
　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和各類先進(jìn)測量技術(shù)的出現(xiàn)，研究葉輪機(jī)械內(nèi)部的流場的實(shí)驗(yàn)測量和數(shù)值模擬技術(shù)都得到了提高和完善，基于求解三維粘性Navier-Stokes方程的數(shù)值模擬方法對離心壓縮機(jī)內(nèi)部流場的研究提供了數(shù)學(xué)模型

2、。Simulink軟件也能用于建立離心壓縮機(jī)的動態(tài)模型，并通過對壓力和流量的頻率分析直觀地研究，由壓力和流量的頻率圖直觀研究非定常流動現(xiàn)象的規(guī)律和特點(diǎn)。本文正是通過數(shù)值模擬和仿真相結(jié)合的方法來研究小流量下離心壓縮機(jī)內(nèi)部的非定常流動現(xiàn)象。本文主要研究內(nèi)容和研究成果如下：
　　1.基于分布式網(wǎng)絡(luò)并行計(jì)算硬件平臺，使用商業(yè)CFD計(jì)算軟件CFX并結(jié)合出口氣腔模型，通過求解三維雷諾平均 Navier-Stokes方程組，對美國Honeywe

3、ll公司渦輪增壓器用高速離心壓縮機(jī)小流量下的失速流動現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值模擬。在數(shù)值模擬中采用全場（加蝸殼）計(jì)算網(wǎng)格。結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，離心壓縮機(jī)的蝸殼對失速流動的影響是非常顯著的，蝸殼可以看作是壓縮機(jī)失速過程中的諧振管，它衰減了無葉擴(kuò)壓器產(chǎn)生的流動不穩(wěn)定狀況，并在蝸殼中形成駐波的結(jié)構(gòu)。計(jì)算得到明顯的壓力和質(zhì)量流量的振蕩，其幅值隨著壓縮機(jī)質(zhì)量流量的減小而增加。
　　2.全場數(shù)值計(jì)算顯示出在失速周期中，隨著質(zhì)量流量的減小，不僅在擴(kuò)壓器的前蓋板進(jìn)

4、口附近流場出現(xiàn)徑向逆流區(qū)，而且在擴(kuò)壓器后蓋板的出口附近流場也出現(xiàn)了徑向逆流區(qū)。擴(kuò)壓器前蓋板進(jìn)口處的徑向逆流區(qū)可以歸因?yàn)閴嚎s機(jī)葉輪流道內(nèi)二次流的影響，而在擴(kuò)壓器后蓋板出口處的徑向逆流區(qū)可以歸因?yàn)槲仛?nèi)的影響。
　　3.失速周期中，在所選的某些時(shí)刻下蝸殼流道的截面下流動會形成一個(gè)旋渦，在旋渦中心流動損失較大，總壓較小。在蝸殼的出口直管段則由于渦流速度明顯減小，還有旋渦自身的不穩(wěn)定，使其在小流量下更容易發(fā)生破裂，導(dǎo)致蝸殼出口的截面中心區(qū)

5、域出現(xiàn)逆流，逆流也是壓縮機(jī)失速特征的表現(xiàn)。在失速條件下截面中心的渦心會成對地破裂成反向旋轉(zhuǎn)的更小的旋渦。而蝸殼出口部分的失速可能是維持其內(nèi)部駐波結(jié)構(gòu)的能量源。
　　4.運(yùn)用Simulink軟件對大氣腔容積下的壓縮機(jī)系統(tǒng)性能進(jìn)行建模，調(diào)節(jié)節(jié)流閥參數(shù)值和穩(wěn)定流參數(shù)值，得到不同參數(shù)設(shè)置下的系統(tǒng)喘振圖和氣腔內(nèi)的壓力頻率，并比較研究這些參數(shù)對壓縮機(jī)喘振的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定參數(shù)與氣腔參數(shù)有一定關(guān)系，當(dāng)壓縮機(jī)幾何參數(shù)保持不變的基本狀況下，具有