離心壓縮機喘振模型與穩(wěn)定性分析.pdf

1、失速和喘振是離心壓縮機運行過程中常見的非定常流動現(xiàn)象，限制了機器的穩(wěn)定工作范圍，并且會影響其運行的可靠性。因此，研究并掌握其非定常流動的特性對提高離心壓縮機的設計效率，擴大其穩(wěn)定運行工作范圍和提高其可靠性有深遠的意義。
　　隨著科學技術(shù)的發(fā)展和各類先進測量技術(shù)的出現(xiàn)，研究葉輪機械內(nèi)部的流場的實驗測量和數(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內(nèi)部流場的研究提供了數(shù)學模型

2、。Simulink軟件也能用于建立離心壓縮機的動態(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。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)絡并行計算硬件平臺，使用商業(yè)CFD計算軟件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小流量下的失速流動現(xiàn)象進行數(shù)值模擬。在數(shù)值模擬中采用全場（加蝸殼）計算網(wǎng)格。結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，離心壓縮機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失速過程中的諧振管，它衰減了無葉擴壓器產(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，其幅值隨著壓縮機質(zhì)量流量的減小而增加。
　　2.全場數(shù)值計算顯示出在失速周期中，隨著質(zhì)量流量的減小，不僅在擴壓器的前蓋板進

4、口附近流場出現(xiàn)徑向逆流區(qū)，而且在擴壓器后蓋板的出口附近流場也出現(xiàn)了徑向逆流區(qū)。擴壓器前蓋板進口處的徑向逆流區(qū)可以歸因為壓縮機葉輪流道內(nèi)二次流的影響，而在擴壓器后蓋板出口處的徑向逆流區(qū)可以歸因為蝸殼內(nèi)的影響。
　　3.失速周期中，在所選的某些時刻下蝸殼流道的截面下流動會形成一個旋渦，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.運用Simulink軟件對大氣腔容積下的壓縮機系統(tǒng)性能進行建模，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)有一定關系，當壓縮機幾何參數(shù)保持不變的基本狀況下，具有