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湍流模型的对比与叶轮机械内部气动性能的数值模拟

作　者: 郑雅芳
导　师: 刘正先
学　校: 天津大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 湍流模型离心压缩机流动特性非设计工况流动损失
分类号: O357.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 68次
引　用: 2次
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内容摘要

级环境下的流动是近年来叶轮机械领域研究的热点问题之一。本文以某离心压缩机中间级单通道为计算模型,对流道内部的复杂湍流流动特征及其性能进行数值模拟研究。结合实验数据,分析压缩机各个部件内部流动特点及规律。首先利用典型后台阶实验数据进行湍流模型的对比和确定,通过大量数据计算比对速度剖面、压力系数、摩擦系数等参数,再考虑网格数、计算时间、CPU容量等硬件因素,选择标准k-?湍流模型进行本文的数值计算。所研究压缩机模型外径400mm,机器马赫数0.8,叶轮转速13366rpm。实验数据由某压缩机制造设计企业实验中心提供。本文计算9个工况点,将实验结果和计算数据得出的相应性能参数值进行了对比。计算所得曲线与实验相比趋势较符合且最高效率误差不超过4%。选取一个设计工况和两个非设计工况,详细分析了叶轮、扩压器、回流器等重要部件内部流动特征,通过压力、速度分布的对比,发现非设计工况的回流、特征梯度不均等问题会导致流动损失过多,效率降低,而设计工况附近的均匀流动则不易发生分离现象且有较高效率。研究结果为离心压缩机的设计、改进和优化提供有价值的数值依据。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-6
第一章绪论  6-14
  1.1 离心压缩机内部流动数值模拟研究现状与进展  6-7
  1.2 流动物理模型与相应算法的发展  7-12
    1.2.1 叶轮机械内部流动数值模拟算法的发展  7-9
    1.2.2 湍流模型  9-11
    1.2.3 SIMPLEC 算法  11-12
  1.3 离心压缩机内部流动的物理模型和数值解法  12-13
  1.4 本文主要工作  13-14
第二章湍流模型的对比  14-24
  2.1 背景介绍  14
  2.2 湍流模型介绍  14-18
    2.2.1 标准k-ε 模型  14-15
    2.2.2 S-A 模型  15-16
    2.2.3 kω-SST 模型  16-17
    2.2.4 RSM 模型  17-18
  2.3 模型比对工作及结论  18-23
  2.4 小结  23-24
第三章离心压缩机几何建模与边界处理  24-32
  3.1 离心压缩机模型几何尺寸  24-25
  3.2 求解方法与计算条件设置  25
  3.3 建模及网格生成  25-28
  3.4 压缩机内部流场计算方法  28-29
    3.4.1 连续性方程  28
    3.4.2 动量方程  28-29
    3.4.3 能量方程  29
  3.5 压缩机的基本性能参数  29-31
    3.5.1 马赫数  30
    3.5.2 流量及流量系数  30
    3.5.3 压力及压比  30
    3.5.4 叶轮转速  30-31
    3.5.5 多变效率与能量头系数  31
  3.6 小结  31-32
第四章压缩机单通道计算结果与对比分析  32-45
  4.1 实验装置简介  32-33
  4.2 计算与实验性能曲线对比分析  33-35
  4.3 离心式压缩机内部湍流流动特性分析  35-44
    4.3.1 叶轮特征面（盘盖侧、压力面、吸力面）流动特性  35-37
    4.3.2 扩压器特征面（盘侧、盖侧、中间面）流动特性分析  37-40
    4.3.3 回流器流动特性分析  40-44
  4.4 小结  44-45
第五章结论与展望  45-46
参考文献  46-49
发表论文和参加科研情况说明  49-50
致谢  50

湍流模型的对比与叶轮机械内部气动性能的数值模拟

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