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离心式压气机的模化设计与分析

孙涛 张宏明 李良才 王忠义 张国辉 宫妍

孙涛, 张宏明, 李良才, 等. 离心式压气机的模化设计与分析[J]. 中国舰船研究, 2020, 15(2): 1–8 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01683
引用本文: 孙涛, 张宏明, 李良才, 等. 离心式压气机的模化设计与分析[J]. 中国舰船研究, 2020, 15(2): 1–8 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01683
SUN T, ZHANG H M, LI L C, et al. The modeling design and analysis of centrifugal compressor[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2020, 15(2): 1–8 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01683
Citation: SUN T, ZHANG H M, LI L C, et al. The modeling design and analysis of centrifugal compressor[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2020, 15(2): 1–8 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01683

离心式压气机的模化设计与分析

doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01683
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51679051);黑龙江省优秀青年基金资助项目(YQ2019E015);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(HEUCFP201721)
详细信息
    作者简介:

    孙涛:孙 涛,男,1978年生,博士,讲师,硕士生导师。研究方向:压气机性能仿真及试验,船舶动力装置进排气系统性能研究,燃气轮机传热与冷却技术研究。E-mail:st@hrbeu.edu.cn

    张宏明,男,1995年生,硕士生。研究方向:压气机低速模化研究。E-mail:haohaoworkah@163.com

    李良才,男,1984年生,博士生。研究方向:压气机性能仿真及试验,燃气轮机传热与冷却技术研究。E-mail:52685438@qq.com

    王忠义,男,1982年生,博士,教授,博士生导师。研究方向:压气机性能仿真及试验,船舶动力装置进排气系统性能研究,燃气轮机传热与冷却技术研究。E-mail:wzy@hrbeu.edu.cn

    通信作者:

    张宏明

  • 中图分类号: U664.131

The modeling design and analysis of centrifugal compressor

  • 摘要:   目的  作为叶轮机械领域的研究热点,离心式压气机对燃气轮机总体性能的影响很大。为了在相对较少的试验工况下实现性能优良的新型压气机设计,可采用效率高、成本低的模化设计方法。  方法  以某型高性能离心式压气机为母型,基于相似原理模化设计压比为4.42,绝热效率为79.19%的新型压气机,并采用NUMECA系列软件对离心压气机进行网格划分和三维流场数值模拟,对比分析模化压气机与母型压气机在80%,90%,100%,110%转速工况下的主要性能参数。  结果  结果表明:在100%转速工况下,模化压气机的喘振裕度比母型压气机提高了5.48%,但在其他转速工况下均下降了1%左右;模化压气机的压比与绝热效率在小流量工况下相对于母型压气机略有提升,但在大流量工况下均明显下降。  结论  基于相似原理进行模化设计的新型压气机基本达到了母型压气机的总体性能水平,研究成果可为离心压气机的模化设计提供参考。
  • 图  1  母型压气机叶片的三维结构

    Figure  1.  Three dimensional structure of prototypical compressor blade

    图  2  压气机的绝热效率−流量特性线

    Figure  2.  Adiabatic efficiency-flow characteristic line of compressor

    图  3  压气机的压比−流量特性线

    Figure  3.  Pressure ratio-flow characteristic line of compressor

    图  4  80%转速下的绝热效率−相对流量特性线

    Figure  4.  Adiabatic efficiency-relative flow characteristic line at 80% rotating speed

    图  5  80%转速下的压比−相对流量特性线

    Figure  5.  Pressure ratio-relative flow characteristic line at 80% rotating speed

    图  6  90%转速下的绝热效率-相对流量特性线

    Figure  6.  Adiabatic efficiency-relative flow characteristic line at 90% rotating speed

    图  7  90%转速下的压比−相对流量特性线

    Figure  7.  Pressure ratio-relative flow characteristic line at 90% rotating speed

    图  8  100%转速下的绝热效率−相对流量特性线

    Figure  8.  Adiabatic efficiency-relative flow characteristic line at 100% rotating speed

    图  9  100%转速下的压比−相对流量特性线

    Figure  9.  Pressure ratio-relative flow characteristic line at 100% rotating speed

    图  10  110%转速下的绝热效率−相对流量特性线

    Figure  10.  Adiabatic efficiency-relative flow characteristic line at 110% rotating speed

    图  11  110%转速下的压比−相对流量特性线

    Figure  11.  Pressure ratio-relative flow characteristic line at 110% rotating speed

    图  12  不同叶高静压分布

    Figure  12.  Static pressure distribution of different blade height

    图  13  90%叶高S1流面的相对马赫数分布

    Figure  13.  Relative Mach number distribution on 90% blade height of S1 section

    图  14  通过主叶片叶尖间隙的流线

    Figure  14.  Streamline through the tip clearance of the main blade

    图  15  通过分流叶片叶尖间隙的流线

    Figure  15.  Streamline through the tip clearance of the splitter blade

    图  16  通过轮缘与机匣间隙的流线

    Figure  16.  Streamline through the clearance between the rim and the casing

    图  17  50%叶高S1流面主叶片的尾缘涡流线

    Figure  17.  Streamline of vortex at main blade endedge on 50% blade height of S1 section

    图  18  子午面无叶片空间的回流涡

    Figure  18.  Backflow vortex of the place without blade on the meridional section

    图  19  扩压器50%叶高S1流面的绝对马赫数分布

    Figure  19.  Absolute Mach number distribution at 50% blade height of S1 section of diffuser

    图  20  叶片前缘激波处的静压云图与流线

    Figure  20.  Static pressure contours and streamline of shock wave at leadedge of diffuser blade

    图  21  扩压器50%叶高S1流面的绝对速度分布

    Figure  21.  Absolute velocity distribution at 50% blade height of S1 section of diffuser

    图  22  子午面叶轮的相对马赫数分布

    Figure  22.  Relative Mach number distribution of impeller at meridional section

    表  1  母型与模化压气机几何模型的主要结构参数

    Table  1.   Main structural parameters of geometry models of prototype and modeling compressors

    结构参数母型压气机模化压气机
    进口直径/mm87.4131.1
    叶片出口直径/mm128.4192.6
    进口轮毂直径/mm35.853.7
    叶片出口宽度/mm5.98.85
    叶片进口安装角/rad0.3870.387
    叶片出口安装角/rad11
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    表  2  母型与模化压气机的喘振裕度

    Table  2.   Surge margin of prototype and modeling compressor

    相对转速/%喘振裕度/%
    母型压气机模化压气机变化量
    809.608.83-0.77
    9018.9018.60-0.30
    10013.6019.08+5.48
    11012.0011.00-1.00
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-07-22
  • 修回日期:  2019-11-05
  • 网络出版日期:  2020-12-10

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