АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Краткий обзор литературы 12
2 Принцип построения расчетной области в программе GAMBIT 16
3 Физическая постановка задачи 32
4 Геометрическая модель осевого компрессора 34
5 Математическая постановка задачи 35
6 Метод решения системы уравнений (1) - (4) 39
7 Сходимость решения 42
8 Результаты численного моделирования 45
9 Влияние модели турбулентности на результаты исследования 51
10 Сравнение двух подходов (Sliding Mesh и Multi Reference Frame) решения задачи....52
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 59
ЛИТЕРАТУРА 60
ВВЕДЕНИЕ
Осевой компрессор - это аэродинамическая лопаточная машина, которая засасывает воздух из атмосферы, сжимает его и принудительно подает (нагнетает) в камеры сгорания. Он состоит из двух элементов: неподвижного корпуса, где крепятся спрямляющие лопатки, и вращающегося ротора, несущего рабочие лопатки. Осевой компрессор является незаменимой частью любой стационарной и транспортной машины, технологической установки или элементом устройства в технике.В связи с постоянным выпуском компрессоров (сотни тысяч в год по всему миру, и это только осевых компрессоров) огромное значение имеет их материалоемкость. Так как чаще всего компрессоры встраивают в другие устройства или в конкретную технологическую линию, габариты такого компрессора должны быть ограничены в массе и размерах. Для уменьшения потребляемой мощности и для возможности питания компрессора не от электросети, а от автономного источника мощности - обязательным условием для каждого компрессора является высокий КПД при данных компоновочных условиях. Помимо требований к значению КПД особые требования предъявляются к форме лопаток. Лопатки в компрессоре являются регулировщиками движения.
Существуют различные схемы осевых компрессоров: одноступенчатые без входного направляющего и спрямляющего аппаратов, с меридиональным ускорением потока, двухступенчатые (в том числе встречного вращения), реже всего встречаются трехступенчатые [1].Помимо осевых компрессоров, по типу конструкции и принципу действия компрессоры делятся на: радиальные (центробежные) и диаметральные (тангенциальные).Компрессор радиальный (центробежный) применяется в различных отраслях промышленности: сталелитейной, химической, фармацевтической, при производстве полупроводников и др. Специфические особенности радиального компрессора позволяют иметь максимально возможное значение коэффициента расхода и полного давления при достаточно высоком КПД. Рабочее колесо - основной элемент данного типа компрессоров, представляет собой пустотелый цилиндр, в котором по всей боковой
поверхности, параллельно оси вращения, установлены на равных расстояниях лопатки. Лопатки скреплены по окружности с помощью переднего и заднего дисков, в центре которых находится ступица для насаживания рабочего колеса на вал. В зависимости от назначения компрессора, лопатки рабочего колеса изготавливают загнутыми вперёд или назад. Количество лопаток бывает различным, в зависимости от назначения и типа компрессора. Компрессоры выпускаются с восемью положениями кожуха. Могут иметь правое и левое вращение. Применение радиальных компрессоров с лопатками, загнутыми назад, даёт экономию электроэнергии примерно 20%. Другое весьма важное достоинство компрессоров с лопатками, загнутыми назад, заключается в том, что они относительно легко переносят перегрузки по расходу воздуха. Радиальные компрессоры с лопатками, загнутыми вперёд, обеспечивают одни и те же расходные и напорные характеристики, что и компрессоры с лопатками, загнутыми назад, при меньшем диаметре колеса и более низкой частоте вращения. Таким образом, они могут достичь требуемого результата, занимая меньше места и создавая меньший шум....
Показано, что при увеличении зазора максимальная эффективность смещается в сторону низких давлений. Значение максимума аэродинамической эффективности падает.
Выявлено, что при увеличении зазора интенсивность аэродинамического шума увеличивается. В случае осевого компрессора с прямыми лопатками, после достижения точки максимума аэродинамической эффективности наблюдается увеличение интенсивности аэродинамического шума в два раза. В случае осевого компрессора с радиальными лопатками наблюдается плавное увеличение интенсивности. Осевой компрессор с прямыми лопатками при работе достигает более высоких значений интенсивности аэродинамического шума.
Показано, что в области значений расхода от 9 мл3/с до 11 мл3/с наблюдается хорошее совпадение с экспериментом для компрессора с прямыми и радиальными лопатками без зазора. При дальнейшем увеличении расхода от 11 мл3/с до 13 мл3/с, наблюдается совпадение расчетных данных для компрессора с зазором в 3 мм с результатами, полученными фирмой Вентпром. Наиболее сильное расхождение результатов численного расчета с экспериментальными данными наблюдается для компрессоров с зазором в 6 мм.
Максимальная аэродинамическая эффективность достигается для компрессора с радиальными лопатками без учета зазора при перепаде давления 6132 Па.
Подход Multi Reference Frame дает результаты близкие к результатам подхода Sliding Mesh, поэтому подход MRF является более предпочтительным как наименее ресурсозатратный.
