計(jì)算流體力學(xué)在硫酸風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用_3

1、1 1 1 1 1計(jì)算流體力學(xué)在硫酸計(jì)算流體力學(xué)在硫酸風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用1湖北雙劍鼓風(fēng)機(jī)股份有限公司湖北雙劍鼓風(fēng)機(jī)股份有限公司 冀春俊冀春俊2013年8月 呼和浩特2 2 2 2 2內(nèi)容提要內(nèi)容提要2背景背景鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化小結(jié)小結(jié)3 3 3 3 3 3背景背景 節(jié)能減排的壓力，為硫酸行業(yè)的發(fā)展提供了良好的機(jī)節(jié)能減排的壓力，為硫酸行業(yè)的發(fā)展提供了良好的機(jī)遇和廣闊的市場(chǎng)。遇和廣闊的市場(chǎng)。離心式鼓風(fēng)機(jī)是硫酸工藝流程中的心臟設(shè)備，其可靠離心式鼓風(fēng)機(jī)是硫

2、酸工藝流程中的心臟設(shè)備，其可靠性至關(guān)重要。性至關(guān)重要。硫酸行業(yè)的趨勢(shì)向著大型化方向發(fā)展，鼓風(fēng)機(jī)功率大硫酸行業(yè)的趨勢(shì)向著大型化方向發(fā)展，鼓風(fēng)機(jī)功率大且常年運(yùn)行，是高耗能設(shè)備，機(jī)組的性能直接決定了運(yùn)且常年運(yùn)行，是高耗能設(shè)備，機(jī)組的性能直接決定了運(yùn)行成本的水平。行成本的水平。雙劍鼓風(fēng)機(jī)股份有限公司開發(fā)的單級(jí)雙吸入高速脫硫雙劍鼓風(fēng)機(jī)股份有限公司開發(fā)的單級(jí)雙吸入高速脫硫離心鼓風(fēng)機(jī)已系列化，在市場(chǎng)上得到了大家的大力支持，離心鼓風(fēng)機(jī)已系列化，在市場(chǎng)上得到了大家的大力支持，鼓舞著我們不斷技術(shù)改革，為市場(chǎng)提供更優(yōu)產(chǎn)品。鼓舞著我們不斷技術(shù)改革，為市場(chǎng)提供更優(yōu)產(chǎn)品。4 4 4 4 4內(nèi)容提要內(nèi)容提要4背景背景鼓風(fēng)機(jī)

3、設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化無葉擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化無葉擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化小結(jié)小結(jié)5 5 5 5 5 5n三元流設(shè)計(jì)方法的核心：用彎扭葉片替代直彎葉片，三元流設(shè)計(jì)方法的核心：用彎扭葉片替代直彎葉片，使得氣流和葉片幾何在整個(gè)通道達(dá)到良好的匹配，使得氣流和葉片幾何在整個(gè)通道達(dá)到良好的匹配，從而最大限度地消除流動(dòng)損失源，達(dá)到氣動(dòng)性能的從而最大限度地消除流動(dòng)損失源，達(dá)到氣動(dòng)性能的最優(yōu)化。最優(yōu)化。n三元流設(shè)計(jì)分初步設(shè)計(jì)和精細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，初步三元流設(shè)計(jì)分初步設(shè)計(jì)和精細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，初步設(shè)計(jì)階段以吳仲華三元流理論為基礎(chǔ)，結(jié)合設(shè)

4、計(jì)經(jīng)設(shè)計(jì)階段以吳仲華三元流理論為基礎(chǔ)，結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行氣動(dòng)計(jì)算和葉片造型。驗(yàn)積累的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行氣動(dòng)計(jì)算和葉片造型。n三元流設(shè)計(jì)成功的保證是大型的內(nèi)部流動(dòng)的計(jì)算流三元流設(shè)計(jì)成功的保證是大型的內(nèi)部流動(dòng)的計(jì)算流體力學(xué)分析，以及根據(jù)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析后的優(yōu)體力學(xué)分析，以及根據(jù)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析后的優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)化改進(jìn)設(shè)計(jì)鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)6 6 6 6 6 6專業(yè)化的設(shè)計(jì)軟件為初步設(shè)計(jì)提供了良好的基礎(chǔ)專業(yè)化的設(shè)計(jì)軟件為初步設(shè)計(jì)提供了良好的基礎(chǔ)n取代繁瑣的表格設(shè)計(jì)計(jì)算工作，可采用先進(jìn)的三元取代繁瑣的表格設(shè)計(jì)計(jì)算工作，可采用先進(jìn)的三元流動(dòng)設(shè)計(jì)方法流

5、動(dòng)設(shè)計(jì)方法n設(shè)計(jì)軟件出發(fā)點(diǎn)基于大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)庫，因此設(shè)計(jì)軟件出發(fā)點(diǎn)基于大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)庫，因此設(shè)計(jì)結(jié)果比較準(zhǔn)確，一次成功率較高。設(shè)計(jì)結(jié)果比較準(zhǔn)確，一次成功率較高。n參數(shù)化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單規(guī)范，減少了人為因素的干擾。參數(shù)化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單規(guī)范，減少了人為因素的干擾。n設(shè)計(jì)快捷，方便參數(shù)的調(diào)試與優(yōu)化。設(shè)計(jì)快捷，方便參數(shù)的調(diào)試與優(yōu)化。n流道設(shè)計(jì)與葉片三維造型集成完成，設(shè)計(jì)結(jié)果直觀、流道設(shè)計(jì)與葉片三維造型集成完成，設(shè)計(jì)結(jié)果直觀、全面、接口方便，利于后續(xù)分析與研究。全面、接口方便，利于后續(xù)分析與研究。鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)7設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用舉例鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流

6、體力學(xué)鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)8設(shè)計(jì)結(jié)果舉例鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)9設(shè)計(jì)結(jié)果舉例（續(xù)）鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)10精細(xì)設(shè)計(jì)利用設(shè)計(jì)軟件僅僅完成了初步設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)結(jié)果尚待利用設(shè)計(jì)軟件僅僅完成了初步設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)結(jié)果尚待分析與優(yōu)化，最后定型分析與優(yōu)化，最后定型CFDCFD分析可以發(fā)現(xiàn)葉輪中存在的流動(dòng)問題分析可以發(fā)現(xiàn)葉輪中存在的流動(dòng)問題針對(duì)流動(dòng)問題，有些商業(yè)化軟件中提供自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)針對(duì)流動(dòng)問題，有些商業(yè)化軟件中提供自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊，可以使設(shè)計(jì)結(jié)果達(dá)到最佳模塊，可以使設(shè)計(jì)結(jié)果達(dá)到最佳關(guān)鍵項(xiàng)目應(yīng)該進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)

7、證工作，以最終定型關(guān)鍵項(xiàng)目應(yīng)該進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證工作，以最終定型鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)111111111111鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué) 計(jì)算機(jī)技術(shù)與計(jì)算方法的突破使得計(jì)算流體力學(xué)發(fā)展計(jì)算機(jī)技術(shù)與計(jì)算方法的突破使得計(jì)算流體力學(xué)發(fā)展迅速：迅速：n三維實(shí)體建模軟件的應(yīng)用可以做到幾何無失真三維實(shí)體建模軟件的應(yīng)用可以做到幾何無失真n網(wǎng)格數(shù)量和質(zhì)量均大幅度提高（專業(yè)網(wǎng)格生產(chǎn)軟件網(wǎng)格數(shù)量和質(zhì)量均大幅度提高（專業(yè)網(wǎng)格生產(chǎn)軟件的應(yīng)用、大規(guī)模并行運(yùn)算技術(shù)的推廣應(yīng)用）的應(yīng)用、大規(guī)模并行運(yùn)算技術(shù)的推廣應(yīng)用）n計(jì)算求解的精度越來越高，可

8、以滿足工程設(shè)計(jì)的需計(jì)算求解的精度越來越高，可以滿足工程設(shè)計(jì)的需求，在設(shè)計(jì)中發(fā)揮的作用日益突出。求，在設(shè)計(jì)中發(fā)揮的作用日益突出。12葉輪流動(dòng)分析舉例短葉片吸力面上存在短葉片吸力面上存在嚴(yán)重的失速，漩渦占嚴(yán)重的失速，漩渦占據(jù)通道的一半以上，據(jù)通道的一半以上，流動(dòng)損失明顯流動(dòng)損失明顯鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)13葉輪流動(dòng)分析舉例（續(xù)）優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果使葉輪效率提使葉輪效率提高高1.7%短葉片上的嚴(yán)重分短葉片上的嚴(yán)重分離消除，流動(dòng)順暢離消除，流動(dòng)順暢無明顯損失源無明顯損失源鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)14葉輪流動(dòng)

9、分析（續(xù)）鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)利用上述的設(shè)計(jì)方法對(duì)于某二元流鼓風(fēng)機(jī)改造利用上述的設(shè)計(jì)方法對(duì)于某二元流鼓風(fēng)機(jī)改造設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)僅僅換一個(gè)葉輪，其它零部件不變僅僅換一個(gè)葉輪，其它零部件不變最終試驗(yàn)結(jié)果表明：機(jī)組效率提高最終試驗(yàn)結(jié)果表明：機(jī)組效率提高12%12%目前雙劍開發(fā)的葉輪效率高達(dá)目前雙劍開發(fā)的葉輪效率高達(dá)94%94%，達(dá)到了國際，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。先進(jìn)水平。1515151515內(nèi)容提要內(nèi)容提要15背景背景鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化無葉擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化無葉擴(kuò)壓器

10、數(shù)值分析與優(yōu)化小結(jié)小結(jié)161616161616排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化n利用利用CFD技術(shù)對(duì)離心壓縮機(jī)蝸殼內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行技術(shù)對(duì)離心壓縮機(jī)蝸殼內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行研究，在分析計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，尋求降低蝸殼研究，在分析計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，尋求降低蝸殼中流動(dòng)損失的改進(jìn)措施，進(jìn)行幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，中流動(dòng)損失的改進(jìn)措施，進(jìn)行幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，效果顯著。效果顯著。n在葉輪設(shè)計(jì)成功的基礎(chǔ)上，對(duì)于靜子的研究不在葉輪設(shè)計(jì)成功的基礎(chǔ)上，對(duì)于靜子的研究不容忽視，經(jīng)驗(yàn)證明靜子原件的設(shè)計(jì)對(duì)于整機(jī)性容忽視，經(jīng)驗(yàn)證明靜子原件的設(shè)計(jì)對(duì)于整機(jī)性能的影響非常大。能的影響非常大。1717171717模型模型1末級(jí)計(jì)算網(wǎng)格末級(jí)計(jì)

11、算網(wǎng)格排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化1818181818模型模型1計(jì)算計(jì)算邊界條件邊界條件排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化進(jìn)口：給定速度方向，軸向進(jìn)氣，進(jìn)口總溫進(jìn)口：給定速度方向，軸向進(jìn)氣，進(jìn)口總溫Tin=377.25K、 進(jìn)口總壓進(jìn)口總壓Pin=410602Pa；出口：給定質(zhì)量流量出口：給定質(zhì)量流量Gout=25.83kg/s；固壁：絕熱壁，所有轉(zhuǎn)動(dòng)壁面（對(duì)閉式葉輪：固壁：絕熱壁，所有轉(zhuǎn)動(dòng)壁面（對(duì)閉式葉輪：輪盤側(cè)、輪蓋側(cè)固體表面，葉片各表面）輸入轉(zhuǎn)輪盤側(cè)、輪蓋側(cè)固體表面，葉片各表面）輸入轉(zhuǎn)速速n=4761rpm，其它壁面轉(zhuǎn)速為，其它壁面轉(zhuǎn)速為01919191919模

12、型模型1計(jì)算計(jì)算結(jié)果及分析結(jié)果及分析圖圖3 模型模型1擴(kuò)壓器中心截面相對(duì)速度分布擴(kuò)壓器中心截面相對(duì)速度分布排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化2020202020圖圖4 模型模型1擴(kuò)壓器中心截面靜壓、總壓分布擴(kuò)壓器中心截面靜壓、總壓分布模型模型1計(jì)算計(jì)算結(jié)果及分析（續(xù)）結(jié)果及分析（續(xù)）排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化2121212121模型模型2末級(jí)計(jì)算網(wǎng)格末級(jí)計(jì)算網(wǎng)格排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化2222222222模型模型2計(jì)算計(jì)算邊界條件邊界條件排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化進(jìn)口：給定速度方向，軸向進(jìn)氣，進(jìn)口總溫進(jìn)口：給定速度方向，軸向進(jìn)氣

13、，進(jìn)口總溫Tin=312K、 Pin=461765Pa；出口：給定質(zhì)量流量出口：給定質(zhì)量流量Gout=79.62kg/s；固壁：絕熱壁，所有轉(zhuǎn)動(dòng)壁面（對(duì)閉式葉輪：固壁：絕熱壁，所有轉(zhuǎn)動(dòng)壁面（對(duì)閉式葉輪：輪盤側(cè)、輪蓋側(cè)固體表面，葉片各表面）輸入轉(zhuǎn)輪盤側(cè)、輪蓋側(cè)固體表面，葉片各表面）輸入轉(zhuǎn)速速n=5157rpm，其它壁面轉(zhuǎn)速為，其它壁面轉(zhuǎn)速為02323232323圖圖6 模型模型2擴(kuò)壓器中心截面相對(duì)速度、總壓分布擴(kuò)壓器中心截面相對(duì)速度、總壓分布模型模型2計(jì)算計(jì)算結(jié)果及分析結(jié)果及分析排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化2424242424圖圖7 模型模型2中蝸舌（中蝸舌（）、出風(fēng)筒）、出風(fēng)筒

14、（）的渦流的渦流模型模型2計(jì)算計(jì)算結(jié)果及分析（續(xù)）結(jié)果及分析（續(xù)）排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化2525252525排氣蝸殼末級(jí)數(shù)值分析結(jié)論排氣蝸殼末級(jí)數(shù)值分析結(jié)論排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化通過對(duì)模型通過對(duì)模型1、2末級(jí)的數(shù)值模擬，獲得了末級(jí)流動(dòng)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，末級(jí)的數(shù)值模擬，獲得了末級(jí)流動(dòng)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，全面掌握了等寬變高式排氣蝸殼的內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律：全面掌握了等寬變高式排氣蝸殼的內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律：（1）蝸舌截面設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致小蝸殼內(nèi)大范圍的低速流動(dòng)；）蝸舌截面設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致小蝸殼內(nèi)大范圍的低速流動(dòng)；（2）蝸舌設(shè)計(jì)很粗糙，導(dǎo)致蝸舌前、后存在復(fù)雜的旋渦流動(dòng)）蝸舌設(shè)計(jì)很粗糙，

15、導(dǎo)致蝸舌前、后存在復(fù)雜的旋渦流動(dòng); ;（3）出風(fēng)筒與蝸殼連接處、出風(fēng)筒出口附近都存在很大的轉(zhuǎn)折，）出風(fēng)筒與蝸殼連接處、出風(fēng)筒出口附近都存在很大的轉(zhuǎn)折，導(dǎo)致主流被壓迫，旋渦堵塞大部分管道導(dǎo)致主流被壓迫，旋渦堵塞大部分管道; ;（4）蝸殼周向的不均勻性嚴(yán)重影響了擴(kuò)壓器甚至葉輪的工作；）蝸殼周向的不均勻性嚴(yán)重影響了擴(kuò)壓器甚至葉輪的工作；所揭示的排氣蝸殼內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律，為這類蝸殼的優(yōu)化設(shè)計(jì)指出所揭示的排氣蝸殼內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律，為這類蝸殼的優(yōu)化設(shè)計(jì)指出了方向。了方向。2626262626優(yōu)化設(shè)計(jì)基本思想優(yōu)化設(shè)計(jì)基本思想蝸殼截面蝸殼截面設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)出風(fēng)筒出風(fēng)筒設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化27

16、27272727最終優(yōu)化方案幾何模型最終優(yōu)化方案幾何模型排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化2828282828優(yōu)化前后計(jì)算結(jié)果對(duì)比及分析優(yōu)化前后計(jì)算結(jié)果對(duì)比及分析表表 優(yōu)化前后設(shè)計(jì)點(diǎn)結(jié)果對(duì)比優(yōu)化前后設(shè)計(jì)點(diǎn)結(jié)果對(duì)比多變效率多變效率 等熵效率等熵效率 靜壓比靜壓比 總壓比總壓比 原方案原方案 0.7998 0.7926 1.3024 1.2867 方案七方案七0.84460.83851.32051.3086共嘗試設(shè)計(jì)了七個(gè)優(yōu)化方案。所獲得的最終共嘗試設(shè)計(jì)了七個(gè)優(yōu)化方案。所獲得的最終方案末級(jí)效率較原設(shè)計(jì)提高約方案末級(jí)效率較原設(shè)計(jì)提高約4.5%4.5%，且兼顧加工，且兼顧加工工藝的可行性，優(yōu)

17、化設(shè)計(jì)效果顯著。工藝的可行性，優(yōu)化設(shè)計(jì)效果顯著。排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化2929292929最終優(yōu)化方案計(jì)算結(jié)果分析最終優(yōu)化方案計(jì)算結(jié)果分析圖圖13 方案七擴(kuò)壓器中心截面、蝸舌前緣、出風(fēng)筒內(nèi)方案七擴(kuò)壓器中心截面、蝸舌前緣、出風(fēng)筒內(nèi)相對(duì)速度分布相對(duì)速度分布排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化3030303030圖圖15 方案七擴(kuò)壓器中心截面靜壓、總壓分布方案七擴(kuò)壓器中心截面靜壓、總壓分布最終優(yōu)化方案計(jì)算結(jié)果分析（續(xù)）最終優(yōu)化方案計(jì)算結(jié)果分析（續(xù)）排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化3131313131多變效率多變效率 等熵效率等熵效率 靜壓比靜壓比 總壓比總壓

18、比 原方案原方案 0.8257 0.8174 1.4163 1.3863 優(yōu)化方案優(yōu)化方案0.87040.86381.45501.4190表表 模型模型2優(yōu)化前后設(shè)計(jì)點(diǎn)優(yōu)化前后設(shè)計(jì)點(diǎn)結(jié)果對(duì)比結(jié)果對(duì)比優(yōu)化后末級(jí)效率提高幅度與模型優(yōu)化后末級(jí)效率提高幅度與模型1基本一致，基本一致，約約4.5%，充分說明了優(yōu)化方案的有效性。，充分說明了優(yōu)化方案的有效性。模型模型2的的優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化32蝸殼優(yōu)化設(shè)計(jì)小結(jié)蝸殼優(yōu)化設(shè)計(jì)小結(jié)排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了排氣蝸殼內(nèi)部流動(dòng)合理、流動(dòng)損失降到最低限度的目標(biāo)；實(shí)現(xiàn)了排氣蝸殼內(nèi)部流動(dòng)合理、流動(dòng)損失降到最

19、低限度的目標(biāo)；壓縮機(jī)段末級(jí)效率普遍較原技術(shù)提高壓縮機(jī)段末級(jí)效率普遍較原技術(shù)提高3-4.5%（整機(jī)效率估計(jì)可（整機(jī)效率估計(jì)可以提高以提高1-2%），優(yōu)化設(shè)計(jì)出的排氣蝸殼性能可以達(dá)到甚至超過），優(yōu)化設(shè)計(jì)出的排氣蝸殼性能可以達(dá)到甚至超過國際先進(jìn)水平。國際先進(jìn)水平。由于離心壓縮機(jī)機(jī)組功率非常大，提高機(jī)組效率意味著大大減少由于離心壓縮機(jī)機(jī)組功率非常大，提高機(jī)組效率意味著大大減少機(jī)組的耗能，為此將為用戶帶來極為可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益機(jī)組的耗能，為此將為用戶帶來極為可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。3333333333內(nèi)容提要內(nèi)容提要33背景背景鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的改革與計(jì)算流體力學(xué)

20、排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化排氣蝸殼數(shù)值分析與優(yōu)化無葉擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化無葉擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化小結(jié)小結(jié)34 擴(kuò)壓器形式：擴(kuò)壓器形式：u無葉擴(kuò)壓器：常用無葉擴(kuò)壓器：常用u葉片擴(kuò)壓器：較少使用葉片擴(kuò)壓器：較少使用無葉擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化無葉擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化 擴(kuò)壓器是離心式鼓風(fēng)機(jī)的重要?dú)鈩?dòng)元件，其設(shè)擴(kuò)壓器是離心式鼓風(fēng)機(jī)的重要?dú)鈩?dòng)元件，其設(shè)計(jì)對(duì)于機(jī)組性能同樣有著重要的影響，因此有計(jì)對(duì)于機(jī)組性能同樣有著重要的影響，因此有必要對(duì)其進(jìn)行與蝸殼設(shè)計(jì)同樣的流動(dòng)計(jì)算分析必要對(duì)其進(jìn)行與蝸殼設(shè)計(jì)同樣的流動(dòng)計(jì)算分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。和優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。353535353535無葉擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化無葉擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化

21、363636363636無葉擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化無葉擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化b3=b4=b2b3=b4b2蓋盤側(cè)收縮b3=b4b2蓋盤側(cè)擴(kuò)張373737373737無葉擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化無葉擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化對(duì)于常用的等寬度無葉擴(kuò)壓器（對(duì)于常用的等寬度無葉擴(kuò)壓器（b3=b4b3=b4），影響其性能的參數(shù)主），影響其性能的參數(shù)主要是要是b3/b2b3/b2、R3/R2R3/R2、R4/R2R4/R2。以某離心壓縮機(jī)第一級(jí)的幾個(gè)擴(kuò)壓器設(shè)計(jì)方案為例，運(yùn)用以某離心壓縮機(jī)第一級(jí)的幾個(gè)擴(kuò)壓器設(shè)計(jì)方案為例，運(yùn)用CFDCFD技技術(shù)對(duì)其葉輪入口到擴(kuò)壓器出口的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行分析，選定合理的術(shù)對(duì)其葉輪入口到擴(kuò)壓器出口

22、的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行分析，選定合理的擴(kuò)壓器形狀。擴(kuò)壓器形狀。383838383838無葉擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化無葉擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化擴(kuò)壓器設(shè)計(jì)方案葉輪幾何參數(shù)：葉輪幾何參數(shù)：出口半徑出口半徑R2=133mm出口寬度出口寬度b2=12mm給定擴(kuò)壓器徑向尺寸：給定擴(kuò)壓器徑向尺寸：R3/R2=1.03R4/R2=1.4擴(kuò)壓器進(jìn)口寬度擴(kuò)壓器進(jìn)口寬度b3變化的幾個(gè)變化的幾個(gè)設(shè)計(jì)方案如右表設(shè)計(jì)方案如右表393939393939無葉擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化無葉擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化CFD計(jì)算結(jié)果404040404040無葉擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化無葉擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化b3/b2=100%b3/b2=110%b3/b2=90%b3/b2=90%多變效率多變效率 87.351% 86.258% 87.904% 88.160%414141414141無葉擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化無葉擴(kuò)壓器數(shù)值分析與優(yōu)化CFD計(jì)算結(jié)果分析擴(kuò)壓器進(jìn)口寬度不收縮甚至擴(kuò)張（擴(kuò)壓器進(jìn)口寬度不收縮甚至擴(kuò)張（b3b3b2b2）時(shí)，在擴(kuò)壓器內(nèi)蓋）時(shí)，在擴(kuò)壓器內(nèi)蓋盤側(cè)會(huì)產(chǎn)