本文關(guān)鍵詞：半開式葉輪氣動(dòng)優(yōu)化與結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)研究

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【摘要】：離心壓縮機(jī)作為在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重地位的通用機(jī)械產(chǎn)品,其運(yùn)行性能的優(yōu)劣對(duì)能源的充分利用與否有很大影響。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展,能源需求量在不斷提高,因此,改善離心壓縮機(jī)性能進(jìn)而提升其運(yùn)行效率,充分利用現(xiàn)有能源,顯然有著非常重要的現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。葉輪作為離心壓縮機(jī)的核心部件,其運(yùn)行性能決定著整個(gè)機(jī)器的效率。因此,如何提升葉輪氣動(dòng)性能,改善葉輪轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性是本文研究的重點(diǎn)。本文針對(duì)某廠的樣機(jī)半開式葉輪進(jìn)行優(yōu)化分析,具體研究主要集中在葉片型式及葉輪背盤結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面。本文利用葉輪機(jī)械領(lǐng)域?qū)Ｓ玫腃FD分析軟件NUMECA進(jìn)行模擬,對(duì)某型半開式葉輪內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行分析研究,查找葉輪存在的問題,并利用現(xiàn)有的國(guó)際著名的葉輪機(jī)械設(shè)計(jì)軟件NREC進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過軟件的新型設(shè)計(jì),在保證原始葉輪具體結(jié)構(gòu)及整級(jí)裝配方式不變的基礎(chǔ)上,多變效率提升了2.05%。新型設(shè)計(jì)方法的采取,雖然提升了葉輪運(yùn)行效率,但相對(duì)于現(xiàn)今葉輪的高效率高性能來(lái)講,提升幅度并不是很理想,葉輪效率依然很低,不符合高性能葉輪設(shè)計(jì)的要求。基于進(jìn)一步提升葉輪效率的目的,本文針對(duì)葉輪背盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行了新型設(shè)計(jì)方案的提出,利用有限元分析軟件ANSYS,在綜合考慮葉輪自身運(yùn)轉(zhuǎn)所具有的離心力及流場(chǎng)氣動(dòng)載荷共同作用等因素,也即在考慮流固耦合作用的情況下,對(duì)葉輪進(jìn)行有限元分析,綜合考慮葉輪應(yīng)力及應(yīng)變等因素,得到了最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。最優(yōu)葉輪背盤設(shè)計(jì)方案明顯改善了葉輪的整體性能,將葉輪運(yùn)行振動(dòng)幅度減小了一半左右。原始葉輪振動(dòng)幅度大也是葉輪葉頂間隙設(shè)計(jì)為0.6mm的直接原因。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)之后,我們可以更加精準(zhǔn)的控制葉頂間隙,將其值控制在一個(gè)更加理想的范圍之內(nèi)。利用NUMECA對(duì)最終設(shè)計(jì)的葉輪進(jìn)行CFD模擬,發(fā)現(xiàn)葉輪多變效率有了2.966%的提升,最終葉輪運(yùn)行多變效率達(dá)到了90.689%。本文針對(duì)三種葉輪型式進(jìn)行了葉片表面靜壓力載荷分布對(duì)比,發(fā)現(xiàn)最終新型葉輪葉片表面載荷分布更加均勻、合理。最后本文也進(jìn)行了變工況模擬分析,發(fā)現(xiàn)最終新型葉輪在變流量條件下,依然可以擁有較高效率,說(shuō)明運(yùn)行穩(wěn)定,變工況性能良好。
【關(guān)鍵詞】：葉輪 氣動(dòng)分析 流固耦合 葉頂間隙 變工況
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH452
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 課題研究背景及意義9
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.3 CFD技術(shù)在葉輪機(jī)械中的應(yīng)用12-13
• 1.4 CFD和FEA軟件簡(jiǎn)介13-14
• 1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容14-15
• 2 數(shù)值模擬及有限元分析基本理論15-22
• 2.1 數(shù)值模擬基本理論15-20
• 2.1.1 流動(dòng)控制方程15-16
• 2.1.2 湍流模型16-18
• 2.1.3 離散方法18-19
• 2.1.4 網(wǎng)格劃分技術(shù)19-20
• 2.2 有限元分析基本理論20-21
• 2.3 本章小結(jié)21-22
• 3 半開式葉輪數(shù)值模擬與流場(chǎng)分析22-32
• 3.1 葉輪數(shù)值模擬22-26
• 3.1.1 原始葉輪幾何結(jié)構(gòu)22-23
• 3.1.2 葉輪計(jì)算域網(wǎng)格劃分23-25
• 3.1.3 FINETURBO計(jì)算設(shè)置25-26
• 3.1.4 收斂判定準(zhǔn)則26
• 3.2 葉輪流場(chǎng)分析26-31
• 3.3 本章小結(jié)31-32
• 4 葉輪葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)32-38
• 4.1 葉型優(yōu)化32-34
• 4.2 新葉輪流場(chǎng)分析34-37
• 4.3 本章小結(jié)37-38
• 5 葉輪背盤結(jié)構(gòu)改型設(shè)計(jì)38-65
• 5.1 原始背盤結(jié)構(gòu)分析39-41
• 5.2 新型背盤結(jié)構(gòu)分析41-48
• 5.3 兩種背盤結(jié)構(gòu)葉輪對(duì)比分析48-52
• 5.4 新型葉輪葉頂間隙設(shè)計(jì)52-55
• 5.5 新型葉輪流場(chǎng)分析55-62
• 5.6 新型葉輪變工況模擬62-64
• 5.7 本章小結(jié)64-65
• 結(jié)論及展望65-67
• 參考文獻(xiàn)67-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況69-70
• 致謝70-71

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1119107