Анализ и математическое моделирование напорной характеристики центробежного компрессорного колеса с использованием результатов расчета невязкого квазитрехмерного потока

• Автор: Кожухов, Юрий Владимирович
• Шифр специальности: 05.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 161 с. : ил.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

1 ВВЕДЕНИЕ

2 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

2.1 Особенности течения и физические основы рабочего процесса

в проточной части центробежного компрессора

2.2 Современное состояние математического моделирования центробежной ступени в двухмерной постановке. Метод универсального моделирования

2.3 Реальный пространственный поток в центробежной ступени

и его невязкая квазитрехмерная модель

2.3.1 Обоснование использования невязкого квазитрёхмерного

расчёта обтекания

2.3.2 Квазитрёхмерный невязкий расчёт течения в рабочем

колесе
2.3.3 Расчёт осесимметричного потока
2.3.4 Расчёт обтекания лопаточной решётки на ОПТ
2.4 Выводы
3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1 Описание экспериментальной установки
3.2 Измерительные приборы
4 ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
5 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПОРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОЧЕГО КОЛЕСА
ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА
5.1 Задачи исследования

5.2 Подготовка данных экспериментальных исследований для
разработки метода математического моделирования напорной характеристики
5.3 Влияние способа расчета поверхностных диаграмм скоростей
5.4 Основы моделирования безразмерной напорной
характеристики
5.5 Действительные характеристики РК рт = /(ф2) и их
квазитрехмерные аналоги
5.6 Принципы моделирования напорной характеристики рабочего
колеса ступени центробежного компрессора
5.6.1 Математическое моделирование коэффициента теоретического напора рабочего колеса при нулевом
расходе
5.6.2 Математическое моделирование коэффициента теоретического напора рабочего колеса при максимальном расходе
5.6.3 Математическое моделирование коэффициента теоретического напора рабочего колеса при расчётном
режиме
5.7 Анализ результатов моделирования напорных характеристик
6 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

а - расстояние между лопатками по нормали на осесимметричной поверхности тока; ускорение; скорость звука.
Ь - ширина канала в направлении оси ротора; высота лопатки. с - абсолютная скорость потока; удельная теплоёмкость.
О - диаметр.
с1г - гидравлический диаметр.
F - площадь поверхности; массовая сила, состоящая из центробежной и кориолисовой сил инерции, действующих на частицу газа.
Е’р - фактор диффузорности.
И - напор ступени или её элемента; относительная толщина слоя между бесконечно близкими поверхностями тока.
/ - угол атаки; энтальпия, внутренний (индекс). к- показатель адиабаты.
К и - ~ отношения площадей на входе в рабочее колесо.
Кгд - геометрическая диффузорность рабочего колеса.
Ьл - длина лопатки.
£- длина траектории.
М- число Маха.
Ми - условное число Маха, посчитанное по окружной скорости м2. т - массовый расход.
У-мощность.
п - показатель политропы; расстояние до средней линии канала; частота вращения ротора. р - давление.
Я - газовая постоянная; радиус.
г-радиус; радиальное направление; коэффициент восстановления. гг - расстояние от центра вихря до рассматриваемой точки.

Ч'і

Ч 4 х чХ
X Ч
X ч.
Ч; ^'х^х
Х-> X.
Чі
000 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0
Рис. 2.1.18. Напорные характеристики рабочего колеса типа 048.
Форма выходных кромок лопаток РК: синяя линия - «т»; красная линия - «05з»; зелёная линия - «с».
Как видно из рисунков заострение с передней стороны уменьшает фактический выходной угол лопаток и снижает напор. Заострение с задней стороны увеличивает фактический выходной угол лопаток и повышает напор Симметрично заострённые и тупые выходные кромки дают промежуточное значение ут.
Экспериментальные исследования так же демонстрируют влияние типа диффузора (ЛД или БЛД) на напорную характеристику рабочего колеса. При дозвуковых скоростях, на которых работают рассматриваемые ступени, возмущения передаются вверх и вниз по потоку, поэтому тип и конфигурация диффузора влияют в той или иной степени на течение в последующих и предшествующих элементах. Одним из таких элементов является рабочее колесо. На рисунках 2.1.19 и 2.1.20 представлены экспериментальные напорные