【摘要】：隨著國(guó)際能源形勢(shì)的加劇,綠色、文明、可持續(xù)的發(fā)展理念越來(lái)越深入人心,高效節(jié)能設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā)受到廣泛關(guān)注。在污水處理行業(yè)中,鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)的耗電量龐大,約占全部耗電量的30%~50%。曝氣風(fēng)機(jī)作為系統(tǒng)的核心,在水處理行業(yè)前景廣闊,通過(guò)改善風(fēng)機(jī)性能節(jié)約的電量將會(huì)非�？捎^,符合節(jié)能減排的發(fā)展趨勢(shì)。本課題以某離心式曝氣風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象,以高效節(jié)能為出發(fā)點(diǎn),運(yùn)用全三元流仿真計(jì)算手段,借助透平機(jī)械專業(yè)軟件Concepts NREC和NUMECA,對(duì)風(fēng)機(jī)各部件展開(kāi)氣動(dòng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化分析。首先,曝氣風(fēng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)從葉輪入手,通過(guò)改變?nèi)~頂間隙尺寸以及分流葉片長(zhǎng)度來(lái)優(yōu)化葉輪。調(diào)整葉輪進(jìn)出口的間隙尺寸,使其在0.2-0.6mm范圍內(nèi)變化,利用FINE/Turbo對(duì)不同間隙的葉輪模型求解。對(duì)比分析葉頂間隙變化時(shí)的葉輪性能,發(fā)現(xiàn)增大葉頂間隙時(shí),泄露損失隨之增大。綜合考慮氣動(dòng)性能和葉輪形變量,選擇0.3mm等寬度間隙尺寸作為葉頂間隙設(shè)計(jì)方案。對(duì)于分流葉片,控制其前緣線的軸向位置,從而改變?nèi)~片長(zhǎng)度。在葉輪的子午流道內(nèi)存在均勻分布的QO線,使分流葉片前緣在第5—10條QO線范圍內(nèi)變化。對(duì)比氣動(dòng)計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn),小葉片前緣位于第8條QO線時(shí)葉輪性能最優(yōu),而且有效地降低了葉片載荷。經(jīng)過(guò)對(duì)葉頂間隙和分流葉片的優(yōu)化,葉輪等熵效率為90.56%。接下來(lái),根據(jù)幾何與氣動(dòng)參數(shù)對(duì)靜子部件—葉片擴(kuò)壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)。擴(kuò)壓器葉片選擇拋物線形中弧線,疊加NACA65翼型的厚度分布,通過(guò)CREO三維造型并利用FINE/Turbo在級(jí)環(huán)境下進(jìn)行數(shù)值求解。由于初始擴(kuò)壓器模型的葉背處存在嚴(yán)重的分離渦,在初始模型的基礎(chǔ)上改變?nèi)~型彎曲角,渦團(tuán)得到消除,級(jí)效率提高2%。在不改變?nèi)~柵稠度的前提下,增大葉型彎曲角可以延長(zhǎng)葉道對(duì)流體的作用長(zhǎng)度,是提升級(jí)性能的有效手段。另外,討論了葉片厚度對(duì)級(jí)性能的影響。改變?c得到不同葉片厚度的擴(kuò)壓器,對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn),當(dāng)?c取值為0.07時(shí)的級(jí)性能優(yōu)于其他厚度的擴(kuò)壓器,此時(shí)等熵效率為87.67%,總壓比為1.848。最后,建立非對(duì)稱圓形蝸殼模型,并將其與葉輪和擴(kuò)壓器進(jìn)行非匹配連接,在整機(jī)環(huán)境下進(jìn)行CFD計(jì)算。結(jié)算結(jié)果顯示,設(shè)計(jì)工況點(diǎn)下風(fēng)機(jī)效率為84.42%,總壓比1.807,高于要求值1.78。高速直驅(qū)曝氣風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)能夠滿足要求�？v觀離心式曝氣風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)過(guò)程,經(jīng)過(guò)葉輪、擴(kuò)壓器以及蝸殼三部分的優(yōu)化,提高了風(fēng)機(jī)效率和壓比,對(duì)今后壓氣機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)具有參考和指導(dǎo)意義。
【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】：2019
【分類號(hào)】：TM315

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本文編號(hào)：2748194