基于CFD技术的离心压缩机径向进气室结构形状优化设计

运用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术数值模拟带径向进气室的某石化离心压缩机级内部的流动情况,结果表明进气室内部的流场较为复杂,存在较大的旋涡结构,流动损失较大,并造成在叶轮进口处存在气流畸变,因此进气室的结构形状对整机的性能影响显著。为改善进气室内部的流动情况和提高级的性能,发展一种基于CFD技术的数值优化方法,并对该进气室的几何形状进行了优化设计。优化后的整机外特性整体得到了改善,在保证质量流量和总压比不低于初始值的约束条件下,设计工况点的整机等熵效率提高了1.26%。对比分析优化前后整机内部的速度、熵和总压等参数分布,发现优化模型内部的流动结构更为合理,流动损失更小。优化结果也验证了该优化设计方法的有效性。

径向进气室对离心压缩机气动特性影响的研究

对某带有径向进气室的离心压缩机模型级进行数值研究,通过与轴向进气模型级的对比,着重分析了径向进气室对压缩机性能及内部流场特性的影响。进气室引起的叶轮进口流场非均匀性可以使级效率在设计工况下降约3%,叶轮各流道进口冲角存在显著差异,整个工况范围内周向平均冲角比轴向进气低1.4°左右,同时叶轮旋转也会引起进气室流场的非对称分布。

离心压缩机径向进气室设计方法

在深刻理解径向进气室结构特征与气体流动特性的基础上,通过分析各通道截面属性,建立起进气室的参数化设计模型,以作为其复杂实体结构精确绘制的理论基础。开发出一套基于SolidWorks三维软件的径向进气室参数化设计模块,可以简化其复杂实体结构的设计过程,并提高设计精度和工作效率。

径向进气室对叶轮性能影响的数值研究

在保证子午面结构不变的前提下,设计了两个径向进气室方案。采用CFD对径向进气室与首级叶轮进行了流场分析,并且与轴向进气方案进行了比较。结果显示,径向进气室会造成叶轮进口流动的畸变,导致首级叶轮的效率和压比下降;同时,径向进气室的性能与几何形状关系密切。