本文選題：離心壓縮機(jī)　切入點(diǎn)：雙級(jí)　出處：《中國科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：在儲(chǔ)能過程中,壓縮子系統(tǒng)向儲(chǔ)罐充氣,壓縮機(jī)排氣壓力持續(xù)升高,導(dǎo)致壓縮機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)持續(xù)變化。為了盡可能擴(kuò)大離心壓縮機(jī)的穩(wěn)定工作范圍同時(shí)獲得較高的平均運(yùn)行效率,改變進(jìn)口導(dǎo)葉開度是常用的調(diào)節(jié)方法之一。本文以每級(jí)前均帶有可調(diào)導(dǎo)葉的帶級(jí)間冷卻的雙級(jí)離心壓縮機(jī)為研究對(duì)象,通過性能預(yù)測和數(shù)值模擬方法,分析離心壓縮機(jī)的導(dǎo)葉調(diào)節(jié)規(guī)律及其內(nèi)部流動(dòng)變化,主要研究內(nèi)容如下：1.對(duì)離心壓縮機(jī)可調(diào)導(dǎo)葉變工況調(diào)節(jié)進(jìn)行性能預(yù)測研究。選取壓縮機(jī)級(jí)內(nèi)11種經(jīng)驗(yàn)損失模型,通過Matlab建立性能預(yù)測程序,結(jié)果表明性能預(yù)測能夠準(zhǔn)確計(jì)算離心壓縮機(jī)設(shè)計(jì)工況性能,偏離設(shè)計(jì)工況程度越大誤差越大。充分考慮級(jí)內(nèi)損失的分布規(guī)律,通過流量系數(shù)對(duì)4種主要損失進(jìn)行修正,壓比、效率最大誤差控制在5%以內(nèi),效率最高點(diǎn)的預(yù)測值與模擬值基本吻合。2.利用預(yù)測模型計(jì)算雙級(jí)離心壓縮機(jī)導(dǎo)葉聯(lián)合調(diào)節(jié)性能。與數(shù)值模擬相比,壓比在近堵塞時(shí)誤差逐漸增大,最大在6%左右；效率曲線與模擬曲線在近失速和堵塞時(shí)誤差都有所增大,堵塞處更明顯,最大在8.3%左右,效率最高點(diǎn)的預(yù)測值與模擬值基本吻合。3.分別對(duì)一、二級(jí)離心壓縮機(jī)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)進(jìn)行數(shù)值模擬,分析調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)生機(jī)理。結(jié)果表明,小流量時(shí)葉輪進(jìn)口攻角大,較大正開度改善了葉尖尾部吸力面的流動(dòng)情況,降低壓縮機(jī)在較小流量時(shí)失速的可能,導(dǎo)葉調(diào)節(jié)擴(kuò)大了離心壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行工況；開度越大,葉輪內(nèi)速度梯度越大,馬赫數(shù)分布更加不均勻,級(jí)內(nèi)損失增加,導(dǎo)葉調(diào)節(jié)時(shí)效率有所下降。4.利用多孔介質(zhì)模擬級(jí)間冷卻器,對(duì)雙級(jí)離心壓縮機(jī)導(dǎo)葉聯(lián)合調(diào)節(jié)進(jìn)行數(shù)值模擬。當(dāng)?shù)谝�、二�?jí)導(dǎo)葉都為負(fù)開度時(shí)壓比增大,其余組合壓比降低,任意導(dǎo)葉開度組合效率性能較基準(zhǔn)工況降低。與無調(diào)節(jié)和單級(jí)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)相比,雙級(jí)聯(lián)調(diào)大幅擴(kuò)大了雙級(jí)離心壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行范圍。雙級(jí)聯(lián)調(diào)效率高,絕大部分工況在80%以上。5.導(dǎo)葉調(diào)節(jié)時(shí),在葉輪進(jìn)口負(fù)開度時(shí)葉尖吸力面處的高速流體范圍增大,正開度時(shí)隨著開度增大,葉尖吸力面處的高速流體逐漸消失,并在葉尖壓力面處出現(xiàn)；葉輪尾部吸力面靠近葉根處存在低速低能流體區(qū)域,隨著開度增大尾跡區(qū)縮小。
[Abstract]:In the process of energy storage, the compression subsystem inflates to the tank, and the compressor exhaust pressure increases continuously. In order to enlarge the stable working range of centrifugal compressor and obtain higher average operating efficiency, Changing the opening of the inlet guide vane is one of the commonly used regulating methods. In this paper, the two-stage centrifugal compressor with adjustable guide vane before each stage is taken as the research object, and the performance prediction and numerical simulation method are used. The regulation law of guide vane and its internal flow change of centrifugal compressor are analyzed. The main research contents are as follows: 1. The performance prediction of adjustable guide vane regulation of centrifugal compressor is carried out. 11 kinds of empirical loss models in compressor stage are selected. The performance prediction program is established by Matlab. The results show that the performance prediction can accurately calculate the design performance of centrifugal compressor, and the greater the deviation from the design condition, the greater the error. The four main losses are corrected by flow coefficient. The maximum error of pressure ratio and efficiency is controlled within 5%. The predicted value of the highest point of efficiency is basically in agreement with the simulated value. 2. The combined governing performance of the guide vane of the two-stage centrifugal compressor is calculated by using the prediction model. Compared with the numerical simulation, the error of the pressure ratio in the near clogging increases gradually, the maximum is about 6%; The error between the efficiency curve and the simulation curve increases at near stall and clogging, and the clogging is more obvious, the maximum is about 8.3%, and the predicted value of efficiency highest point is basically consistent with the simulated value. Numerical simulation of guide vane regulation of two-stage centrifugal compressor is carried out and the mechanism of regulation law is analyzed. The results show that the impeller inlet angle of attack is large and the larger positive opening improves the flow situation of the suction surface at the tip tail of the blade when the flow rate is small. Reducing the possibility of compressor stall at a lower flow rate, the guide vane regulation expands the stable operating condition of the centrifugal compressor; the greater the opening degree, the greater the velocity gradient in the impeller, the more uneven the Mach number distribution, and the greater the loss in the stage. The efficiency of the guide vane is decreased. 4. By using porous media to simulate the interstage cooler, the combined regulation of the guide vane of the two-stage centrifugal compressor is numerically simulated. When the second stage guide vane is negative opening, the pressure ratio increases, while the other combined pressure ratio decreases. The combined efficiency performance of arbitrary guide vane opening is lower than that of the reference working condition. Compared with the non-adjustment and single-stage guide vane regulation, the double-cascade adjustment greatly expands the stable operation range of the two-stage centrifugal compressor. The double-cascade adjustment efficiency is high. Most of the working conditions are above 80% .5.When the guide vane adjusts, the range of high speed fluid at the suction surface of the tip increases when the inlet of the impeller is negative, and the high speed fluid at the suction surface of the tip gradually disappears with the increase of the opening. At the tip pressure surface, there is a low-velocity low-energy fluid region near the impeller tail suction surface near the blade root, and the wake area shrinks with the increase of opening.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH452

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本文編號(hào)：1609382