[發(fā)明專利]一種離心壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)失速過程中能量損失的分析方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201911022850.0
• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號: CN110826270A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐劍;王子辰
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 程小艷

本發(fā)明公開一種離心壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)失速過程中能量損失的分析方法，該方法包括如下步驟：步驟一，基于建立離心壓氣機(jī)的三維幾何模型，建立離心壓氣機(jī)無葉擴(kuò)壓器有限元模型；步驟二，基于步驟一生成的離心壓氣機(jī)無葉擴(kuò)壓器有限元模型，輸入離心壓氣機(jī)穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)情況下的邊界條件；步驟三，選取湍流模型，對離心壓氣機(jī)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬和非穩(wěn)態(tài)模擬，探究無葉擴(kuò)壓器失速演變過程，以及能量損失情況。本發(fā)明通過建立離心壓氣機(jī)幾何模型，并對離心壓氣機(jī)無葉擴(kuò)壓器內(nèi)部流場進(jìn)行穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)下數(shù)值模擬，獲得內(nèi)部流場各項(xiàng)參數(shù)及各項(xiàng)參數(shù)云圖，據(jù)此觀察旋轉(zhuǎn)失速下無葉擴(kuò)壓器內(nèi)部能量損失情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種離心壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)失速過程中能量損失的分析方法，特別涉及一種基于無葉擴(kuò)壓器內(nèi)部流場數(shù)值模擬的離心壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)失速過程中能量損失的分析方法。

背景技術(shù)

離心壓氣機(jī)是葉輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械的主要類型之一，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、單級增壓比高和易于維護(hù)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸、能源冶金及空調(diào)制冷等領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。因此擴(kuò)大離心壓氣機(jī)運(yùn)行范圍、提高其運(yùn)行效率以及提高安全性與可靠性，對于提高我國工業(yè)技術(shù)發(fā)展水平，節(jié)能環(huán)保，提升運(yùn)行效率等方面具有極其重要的意義。

在小流量工況運(yùn)行情況下離心壓氣機(jī)會產(chǎn)生不穩(wěn)定流動現(xiàn)象，旋轉(zhuǎn)失速就是其中的一種。旋轉(zhuǎn)失速降低離心壓氣機(jī)效率，影響穩(wěn)定運(yùn)行范圍，并且危害離心壓氣機(jī)運(yùn)行可靠性。在離心壓氣機(jī)中，可根據(jù)不同的失速發(fā)生位置，將旋轉(zhuǎn)失速分為葉輪旋轉(zhuǎn)失速和擴(kuò)壓器旋轉(zhuǎn)失速。而擴(kuò)壓器失速為離心壓氣機(jī)最常見的失速類型，且擴(kuò)壓器失速相較葉輪失速產(chǎn)生的危害更大。擴(kuò)壓器有無葉擴(kuò)壓器和有葉擴(kuò)壓器兩種，其中的無葉擴(kuò)壓器因其結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，運(yùn)行范圍大而被廣泛使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種基于無葉擴(kuò)壓器內(nèi)部流場數(shù)值模擬的離心壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)失速過程中能量損失的分析方法，該方法可以方便地觀察到旋轉(zhuǎn)失速過程中離心壓氣機(jī)內(nèi)部能量損失情況，

本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種離心壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)失速過程中能量損失的分析方法，該方法包括如下步驟：

步驟一，基于建立離心壓氣機(jī)的三維幾何模型，建立離心壓氣機(jī)無葉擴(kuò)壓器有限元模型；

步驟二，基于步驟一生成的離心壓氣機(jī)無葉擴(kuò)壓器有限元模型，輸入離心壓氣機(jī)穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)情況下的邊界條件；

步驟三，選取湍流模型，對離心壓氣機(jī)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬和非穩(wěn)態(tài)模擬，探究無葉擴(kuò)壓器失速演變過程，以及能量損失情況。

本發(fā)明進(jìn)一步限定的技術(shù)方案是：

所述的步驟一中，基于建立離心壓氣機(jī)的三維幾何模型，再通過定義單元類型，構(gòu)建網(wǎng)格，建立離心壓氣機(jī)輪無葉擴(kuò)壓器有限元模型。

所述的步驟二中，離心壓氣機(jī)邊界條件包括壁面采用絕熱無滑移邊界條件，葉輪為旋轉(zhuǎn)部分，無葉擴(kuò)壓器為靜止部分，兩部分結(jié)合處采用interface邊界條件。在穩(wěn)態(tài)模擬中，葉輪入口邊界條件定義為總壓101325Pa，參考壓力0Pa，設(shè)置質(zhì)量流量為擴(kuò)壓器出口邊界條件。在非穩(wěn)態(tài)模擬中，設(shè)置葉輪入口條件為質(zhì)量流量，流量系數(shù)0.3，擴(kuò)壓器出口為開放邊界條件。

所述的步驟三中，選取湍流模型，選擇二方程SST k-ω模型。

所述的步驟三中，將葉輪非穩(wěn)態(tài)模擬一個(gè)周期設(shè)為100個(gè)時(shí)間步，時(shí)間步長為0.0004s。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過建立離心壓氣機(jī)幾何模型，并對離心壓氣機(jī)無葉擴(kuò)壓器內(nèi)部流場進(jìn)行穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)下數(shù)值模擬，獲得內(nèi)部流場各項(xiàng)參數(shù)及各項(xiàng)參數(shù)云圖，據(jù)此觀察旋轉(zhuǎn)失速下無葉擴(kuò)壓器內(nèi)部能量損失情況，具有直觀，便捷等特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的離心壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)失速過程中能量損失的分析方法實(shí)現(xiàn)流程圖；