Виртуальный стенд для исследования нестационарных процессов в ступени центробежного компрессора

• Автор: Лопулалан, Хенри Доминггус
• Шифр специальности: 05.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 164 с. : ил.

Основные условные обозначения

Ьі - ширина канала на входе в РК (сечение 1-1), м;

Ьг - ширина канала на выходе из РК (сечение 2-2), м;

Ъъ - ширина канала на входе в диффузор (сечение 3-3), м;

Ь4 - ширина канала на выходе из диффузора (сечение 4-4), м;

с - скорость потока в абсолютной системе координат, м/с;

Оо - наружный диаметр всасывающего патрубка (сечение 0-0), м;

0 і диаметр входа в колесо (сечение 1-1), м;

02 наружный диаметр рабочего колеса, м;

£>з - диаметр входа в диффузор (сечение 3-3), м;

Оа - диаметр выхода из диффузора (сечение 4-4), м;
п - частота вращения, об/мин, об/с;
N — мощность, Дж/с;
р - давление, Па;
Г, К - проекция на радиальное направление
г, 9, г - составляющие цилиндрической системы координат, м
1 — шаг лопаток, м;
и - проекция скорости на окружное направление, м/с; и, V, у - компоненты скорости в декартовой системе координат уи - относительная скорость, м/с;
г — осевая координата, число лопаток рабочего колеса, число зон вращающегося срыва;
а - абсолютный угол потока, град;
Р — угол потока в относительном движении,, град
рл - угол лопатки рабочего колеса, град;
8л - толщина лопаток; мм С - коэффициент потерь;
Г) - коэффициент полезного действия;
0 - угловая координата;
ц. - коэффициент динамической вязкости; Н/м2;
V - кинематическая вязкость; м2/сек;
П — отношение давлений,
р — плотность, кг/м
т — касательное напряжение; Н/м2;
Ф - угловая координата лопатки, рад; град
фо, фг - коэффициенты расхода;
ц/ - коэффициент напора; щ■ - коэффициент теоретического напора;
ю - угловая скорость, рад/с
ИНДЕКСЫ:
вх - вход в систему;
вых - выход из системы;
1-1 - сечение входа на лопатки рабочего колеса;
2-2 - сечение выхода из рабочего колеса;
3-3 - сечение на входе в диффузор;
4-4 - сечение на выходе из диффузора;
ад - адиабатный;
вр. ср - вращающийся срыв;
зад - задняя сторона лопатки
макс - максимальный;
мин - минимальный;
опт - оптимальный;
пер - передняя сторона лопатки;
ср - среднее по шагу межлопаточного канала;

СОКРАЩЕНИЯ:
БЛД - безлопаточный диффузор;
ГУ - граничные условия;
КВХТ - компрессорная вакуумная и холодильная техника СПбГПУ;
КПД - коэффициент полезного действия;
ЛТ - линия тока;
МКО - метод конечных объёмов;
НА — направляющий аппарат;
ОД - основной диск;
ОНА — обратный направляющий аппарат;
ПД — покрывающий диск;
ПЧ - проточная часть;
РК - рабочее колесо;
ЦК - центробежный компрессор;
ЭЦК - экспериментальный стенд центробежного компрессора;
CDS central difference scheme (центрально - разностная схема);
CFD - computational fluid dynamics (вычислительная гидродинамика);
GGI general grid interface (общий интерфейс сетки)
LES large eddy simulation (метод крупных вихрей);
RANS — стационарное осреднённое по числу Рейнольдса уравнение Навье-
Стокса
SAS scale adaptive simulation (масштабно адаптивный метод);
SGS subgrid-scale (внутрисеточный масштаб);
URANS - нестационарное осреднённое по числу Рейнольдса уравнение Навье
Стокса

ЕскагсНЛ 979 и др.] показывают, что даже в безлопаточных диффузорах интенсивность затухания следов отнюдь не соответствует предсказаниям Дина — Сеноо.
рд* ь > * II у V-
V# К- - Д>
Рис. 1.28 Схема течения "струя - след" [Dean, 1960]
В случае лопаточных диффузоров картина становится ещё более сложной из-за аэродинамического резонанса в каналах диффузора [Измайлов, 1987]. Пренебрежение такими эффектами приводит к высоким вибрациям (нагнетатель магистрального газопровода Тюменьтрансгаз, компрессор высокого давления Dresser — Clark) и поломкам (компрессор К-5500-41 на ЧМЗ и др.).
В работе [Eckardt, 1979] Д. Экардт измерил термоанемометром флуктуации потока за полуоткрытым осерадиальным колесом в ступени с безлопаточным диффузором. На рис 1.29 показаны результаты обработки опытных данных (в-относительная ширина следа, j = Ww/Wj относительная скорость следа, 8=в (І-j) -коэффициент деформации).

0,4 \ 1,
0.3 , . " / • • > 0.
0,2 . / / 0,6 0.1 0.

1,0 1,1 1,2 1,31.0 1,1 1,21,3 1,0 1,1 1,2 1,3 Й
Рис. 1.29 Изменение относительной ширины следа е и отношения скоростей следа и струи у в безлопаточном диффузоре [ЕскагсЙ, 1979].
Решение проблемы распространения возмущений в безлопаточном диффузоре важно как для оценки потерь собственно диффузора, так и для определения погрешностей измерения параметров потока вблизи рабочего колеса (так называемое