發(fā)布時間：2017-09-23 16:34

  本文關(guān)鍵詞：離心壓縮機與汽輪機損失機理及時序效應(yīng)研究

  更多相關(guān)文章： 離心壓縮機 汽輪機末三級 葉頂間隙 非設(shè)計工況 時序效應(yīng) 損失

【摘要】：本文針對葉輪機械中兩種重要的案例——離心空氣壓縮機的半開式葉輪級和大功率工業(yè)汽輪機的末三級,采用數(shù)值模擬方法分別進行了定常與非定常計算與分析,考察了不同葉輪機械中的損失機理,并以此為基礎(chǔ)進行基于時序效應(yīng)機理的裝配改進研究,為工程中的實際應(yīng)用提供有利的參考。研究工作包括兩部分內(nèi)容：第一部分為離心空氣壓縮機半開式葉輪級內(nèi)流場的數(shù)值分析。首先以全周計算模型為基礎(chǔ),進行設(shè)計工況下全通道流場的非定常分析；基于設(shè)計工況下擴壓器流道內(nèi)的流動分離,提出一種擴壓器改型方法,改型后新的擴壓器氣動性能得以提高,穩(wěn)定運行區(qū)間也得到拓寬；對兩種非設(shè)計工況下全通道流場也進行了非定常分析,對近失速運行工況下的渦脫落頻率進行了深入研究；計算結(jié)果為探究實際運行中的葉輪斷裂事故原因提供了有利參考。然后以該葉輪級為基礎(chǔ)對其進行級內(nèi)的時序效應(yīng)研究；針對約化后的簡化模型,分別對8個時序位置的計算模型進行數(shù)值計算,獲得了額定轉(zhuǎn)速下不同時序位置下的性能曲線,找到了不同工況下離心壓縮機運行的最優(yōu)時序位置；得到離心壓縮機額定運行工況下由時序效應(yīng)產(chǎn)生的效率最大收益為0.4%,流量最大工況下效率最大收益為0.992%；基于效率極值點對應(yīng)的時序位置模型的非定常計算結(jié)果,研究了不同時序位置下離心壓縮機級內(nèi)的流動損失機理以及葉片表面的載荷特性,考察了時序效應(yīng)對離心壓縮機半開式葉輪級的影響：不同時序位置葉輪與擴壓器的動靜干涉有差異,葉輪尾緣和擴壓器前緣產(chǎn)生的損失差別較大；以此為依據(jù),討論了真實葉片數(shù)模型內(nèi)的時序效應(yīng),為今后該型離心壓縮機的設(shè)計和裝配提供有利依據(jù)。第二部分為大功率工業(yè)汽輪機末三級內(nèi)流場的數(shù)值分析。首先考察了末三級的葉頂間隙泄漏流動特點,前兩級葉頂處的流動損失以葉頂泄漏渦和葉頂分離渦為主,最末級葉頂處的流動損失主要由葉頂泄漏渦產(chǎn)生；不同工況下葉頂間隙泄漏的尺寸及位置不同,每種工況下泄漏流隨時間的演化均呈現(xiàn)周期性,當(dāng)流量流量小于92%Q0時葉頂間隙泄漏渦幾乎不可識別；建立了損失模型,得到設(shè)計工況下的泄漏損失占總損失之比在22%-27%范圍內(nèi)呈周期性循環(huán)變化；對不同工況下泄漏渦的位置及尺寸進行量化,獲得泄漏渦與流量的關(guān)系曲線。基于末三級的單通道約化簡化模型研究汽輪機末三級中的時序效應(yīng),采用由前兩級過渡到三級總體、不同動／動時序位置與靜／靜時序位置匹配的方法,分析了不同時序位置匹配組合下的級內(nèi)性能和流動損失,得到時序效應(yīng)對通道流動及葉片表面載荷的影響,最終找到最優(yōu)的時序位置,且末三級所獲得的最大效率收益為0.413%。該研究為該型汽輪機今后的裝配位置提供了有利的參考。
【關(guān)鍵詞】：離心壓縮機 汽輪機末三級 葉頂間隙 非設(shè)計工況 時序效應(yīng) 損失
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH452
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 課題研究背景及意義10-12
• 1.1.1 離心壓縮機研究背景及意義11
• 1.1.2 工業(yè)汽輪機研究背景及意義11-12
• 1.1.3 總結(jié)12
• 1.2 葉輪機械中相關(guān)問題國內(nèi)外研究進展12-17
• 1.2.1 葉輪機械損失機理的非定常數(shù)值研究進展12-13
• 1.2.2 葉頂間隙泄漏研究進展13-15
• 1.2.3 葉輪機械內(nèi)時序效應(yīng)研究進展15-17
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容17-18
• 1.4 論文章節(jié)安排18-19
• 2 葉輪機械內(nèi)三維湍流流場數(shù)值計算的相關(guān)理論19-26
• 2.1 流動基本方程19-20
• 2.2 湍流模型20-23
• 2.2.1 三維湍流數(shù)值模擬方法21-22
• 2.2.2 湍流模型概述22
• 2.2.3 剪切應(yīng)力傳輸(SST)模型22-23
• 2.3 網(wǎng)格技術(shù)概述23-26
• 2.3.1 離散方法概述23-24
• 2.3.2 有限體積法的網(wǎng)格生成24-26
• 3 離心壓縮機全周模型的非定常流動與近失速工況分析26-46
• 3.1 數(shù)值研究方法26-32
• 3.1.1 計算模型建立26-27
• 3.1.2 網(wǎng)格的建立27-28
• 3.1.3 網(wǎng)格無關(guān)性驗證28-29
• 3.1.4 蝸殼網(wǎng)格的構(gòu)建方法29-31
• 3.1.5 計算參數(shù)的選取與設(shè)定31-32
• 3.1.6 數(shù)值計算結(jié)果驗證32
• 3.2 離心壓縮機不同工況非定常流場分析32-38
• 3.2.1 設(shè)計工況非定常流場分析32-34
• 3.2.2 針對設(shè)計工況流場分析的擴壓器葉片優(yōu)化34-35
• 3.2.3 不同進口預(yù)旋下的非設(shè)計工況非定常流動分析35-38
• 3.3 離心壓縮機近失速渦脫落頻率的識別38-45
• 3.3.1 流場渦分析38-40
• 3.3.2 頻譜分析40-44
• 3.3.3 流場渦頻譜判定44-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 4 離心壓縮機半開式葉輪級基于時序效應(yīng)的模型改進46-62
• 4.1 研究方法46-51
• 4.1.1 簡化模型思想46-47
• 4.1.2 離心壓縮機不同時序效應(yīng)模型建立47
• 4.1.3 網(wǎng)格劃分及數(shù)值方法47-49
• 4.1.4 數(shù)值計算結(jié)果驗證49-51
• 4.2 研究結(jié)果及分析51-61
• 4.2.1 離心壓縮機不同時序位置下的特性曲線51-52
• 4.2.2 離心壓縮機不同時序位置下的瞬態(tài)流動分析52-57
• 4.2.3 離心壓縮機不同時序位置下的瞬態(tài)載荷分析57-58
• 4.2.4 離心壓縮機葉片數(shù)對時序效應(yīng)的影響58-61
• 4.3 本章小結(jié)61-62
• 5 大功率工業(yè)汽輪機末三級非定常數(shù)值分析與葉頂泄漏模型建立62-82
• 5.1 研究方法62-67
• 5.1.1 三維實體模型造型62-63
• 5.1.2 網(wǎng)格劃分63-65
• 5.1.3 計算參數(shù)設(shè)定65-66
• 5.1.4 計算驗證66-67
• 5.2 研究結(jié)果與分析67-81
• 5.2.1 汽輪機末三級特性曲線67
• 5.2.2 設(shè)計工況下汽輪機末三級葉頂泄漏的非定常數(shù)值結(jié)果67-69
• 5.2.3 不同工況下汽輪機末三級葉頂泄漏的非定常數(shù)值結(jié)果69-73
• 5.2.4 不同工況下末三級間隙泄漏流動的瞬態(tài)流動73-76
• 5.2.5 汽輪機末三級葉頂間隙泄漏非定常變化的損失機理76-77
• 5.2.6 不同工況下汽輪機末三級葉頂泄漏的損失模型77-81
• 5.3 本章小結(jié)81-82
• 6 大功率工業(yè)汽輪機末三級基于時序效應(yīng)的研究與裝配改進82-91
• 6.1 研究方法82-83
• 6.1.1 時序位置選擇82-83
• 6.1.2 不同時序效應(yīng)模型建立83
• 6.2 研究結(jié)果及分析83-90
• 6.2.1 不同時序位置的效率83-85
• 6.2.2 不同效率時序位置流場的瞬態(tài)流動85-88
• 6.2.3 不同效率時序位置流場的氣動載荷88-90
• 6.3 本章小結(jié)90-91
• 結(jié)論91-93
• 展望93-94
• 參考文獻94-99
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況99-100
• 致謝100-101

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本文編號：906318