离心压气机流场的数值分析研究

３ 结语
（１）由于采用大小叶片技术 ，小叶片增 加 了 对 气 流 的 做 功 和 约 束 能 力， 叶 轮 在 较 （ 下转 ８ ２ 页）
图２ 计算所用网格示意图
图１ 叶轮实物和几何模型
图３ 设计条件下各个叶高的速度矢量图
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由 于 级 增 压 比 高，造 价 低， 小 尺 寸 的 离 心叶轮在汽车、 电子等行业有了越来越多 的应用。 对于微型叶轮机械，各种间隙、 表 面粗糙等和尺度相关的效应在整个流场中 占有的比例较大，是否满足要求、 如何改 进，是关心的问题。 由于流场参数测量困 难、 实验耗费高， 高速叶轮机械流场的数值 仿真一直是实验的有效补充。 进行模拟研 究具有重要的工程意义。 某型离心压气机为大小叶片高转速压 气机， 为了控制成本、 简化生产工艺采用了 较小的叶片进口角变化率和相对直的叶 形， 如 图 １ 所 示 。 对叶轮进行测绘和反设计 形成的三维几何模型。 本文以测绘形成的几何文件为基础， 生 成 用 于 叶 轮 气 动 计 算 的 三 维 网 格， 对 该 叶轮的气动性能进行计算，分析叶轮的特 性参数及其流场并为下一步的改型提供参 考。
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宽的工作范围内有很好的性能。 （２）入口攻角增大以及叶尖间隙二次流 与压气机叶轮流场的失 高杰． 用多重网格法数值 预测高速离心叶轮三维流场［Ｊ］．计算机 仿真，２０１１，２８（３）：４１０～４１３． ［２］ 殷明霞，冀国锋，桂幸民．叶尖间隙流动 对某微小型离心压气机性能的影响［Ｊ］． 航空动力学报，２０１０，２５（３）：５６５～５７１． ［３］ 何 学 群 ， 曹 淼 龙 ． 低 速 电 驱 离 心 压 气 机 特定工况下内部流场的数值模拟［Ｊ］．机 械设计与制造，２０１０，２０（４）：１９８～２００． ［４］ 袁鹏， 胡骏， 王志强． 带分流叶片离心叶 轮气动设计及其流场分析［Ｊ］．燃气涡轮 试验与研究，２００８，２１（１）：３３～３７． ［５］ 马超， 王航， 刘云岗． 小流量下离心压气 机无叶扩压器数值模拟［Ｊ］．内燃机与动 力装置，２０１０，１９（５）：１３～１６． ［６］ 张伟， 马 峥 ， 余 运 超 ， 等．离心叶轮及非 设 计 工 况 湍 流 Ｒ Ａ Ｎ Ｓ模 拟 的 验 证 和 确 认 ［Ｊ］．水动力学研究与进展，２０１１，２６（１）： １０～１６．
∂ω ) + Gω − Yω + Sω Γε ( ∂x j
µ eff
ρk 其中： ω = µ + µt 。 计算过程中设叶轮入口为
标准大气条件； 流场壁面均为绝热壁面。 计 算 所 用 网 格 如 图２ 。
１ 计算模型
利用多坐标系技术处理旋转叶轮中 流场的计算，即将计算坐标系置于旋转的
３ 结语
通过定点测厚、 腐蚀介质分析、 腐蚀产 物分析、 装置停工腐蚀检查、 腐蚀挂片等多 种监检测方法， 了解装置的腐蚀状况， 没有 发现严重的腐蚀问题， 装置腐蚀都在可控 范围内。 根据发现问题， 结合装置运行的数 据， 提 出 了 几 点 建 议 。 （１）坚持定期测厚工作。 加强平稳操 作，避免Ａ６１０１出入口温度的大幅波动。 （２）建议建立锅炉给水含氧量的检测，溶解 氧含量一般控制小于１５μｇ／Ｌ； 建议加强 对Ｖ６１０７上水含氧量的监控。 （３）建议将 Ｔ６１０１的汽提蒸汽量提至０．７ｔ／ｈ，保证塔 底酸性水的品质。 （ ４ ） 预 防 低 温 露 点 腐 蚀， 提 出 建 议： ①将 排 烟 温 度 控 制 在１７５ ～１ ８ ５ ℃左右。 ②在 鼓 风 机 出 口 增 加 前 置 预 热 器。 ③采 用 优 质 天 然 气 低 硫 燃 料 。 ④更换
∂ ∂ ∂ ∂k ( ρk ) + ( ρui k ) = (Γk ) + Gk − Yk + S k ∂t ∂xi ∂x j ∂x j
∂ ∂ ∂ ( ρω ) + ( ρuiω ) = ∂t ∂xi ∂x j
* 湍流粘性： µt = α
２ 计算结果分析
图３给出了设计条件下该离心叶轮１０％、 ５０％、 ９０％叶高的速度矢量图，可见该离心叶 轮为典型的跨音速叶轮，由于采用了大小叶 片的设计，小叶片在对整个叶轮流量影响不 大的 情 况 下 增 加 了 叶 轮 对 气 流 的 做 功 和 约 束能力，使该微型压气机在具有较高增压比 的条件下保证了较高的效率。 计算结果表 明： 叶轮设计转速和流量条件下增压比为： ２．８８３，效率为：０．８８８。 此外计算还表明反设 计的叶轮在设计转速增压比稳定裕度约为 １５％，且在较宽范围内有良好稳定性和效率。 图４给出了失速条件下该离心叶轮１０％、 ５０％、 ９０％叶高的速度矢量图，可见失速主要 发生在５０％叶高以上的区域。 由于叶轮采用 了较小的叶片进口角变化率和相对直的叶 形，近失速条件下叶轮流场中的气流攻角过 大，吸力面发生大范围的分离，引起失速。 同 时给出了设计和失速条件下叶顶二次流示 意图可见设计条件下小叶片对大叶片的叶 顶二次流有很好的约束，避免了二次流引起 的涡系的进一步发展；失速条件下由于攻角 较大，小叶片的约束离减弱，吸力面的负压和 二次流的涡系耦合发展引起大范围的低速 区域，造成叶轮流场的失速。 （图５）
图２．设备编号：空气预热器。 腐蚀情 况： 换 热 板 片 腐 蚀 严 重 ， 为 维 持 生 产 操 作 ， 只能封堵腐蚀泄漏严重的部分流道。 需缝 堵 的 换 热 模 块 为 上 下 两 个 模 块， 根 据 腐 蚀 情况确定封堵部位，应同时封堵空气入口 及出口流道，封堵所用钢板可采用３０４不锈 钢板， 钢 板 厚 度 １ ． ５ ｍ ｍ 即可， 钢 板 的 两 边 分 别 与 换 热 模 块 上 的 隔 板 及 侧 板 焊 接， 焊 接 方法采用氩弧焊。 结 论 与 建 议： 修 补 。 图） ， 共 １ ７ 点 定 点 测 厚 ， 各 点 有 明 显 的 标 示 和 编 号，测 厚 周 期 为 半 年 一 次 。 ４ ． ２ 腐蚀挂片监测 在酸性水气提塔Ｔ６１０１顶和Ｔ６１０１底两 处挂入腐蚀挂片，建立了装置的腐蚀挂片 台帐，可以与其他腐蚀监测数据比较来判 断Ｔ ６ １０ １ 的 腐 蚀 情 况 。 ４ ． ３ 腐蚀介质监测
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２０１２ ＮＯ．１７ ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
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离心压气机流场的数值分析研究
颜青钦 １ 隋玉堂 ２ （ １ ． 海军航空工程学院； ２ ． 海军航空工程学院飞行器工程系 山东烟台 ２ ６ ４ ０ ０ １ ） 摘 要：以某离心压气机叶轮为基础，通过反设计形成的几何模型，采用 k − ω 湍流模型计算流场的湍流效应，对微型的离心压气机流场进 行了数值模拟。 结果表明：采用大小叶片技术的叶轮在较宽的工作范围内有很好的性能，入口攻角增大以及叶尖间隙二次流与压气机叶 轮流场的失速有直接的关系。 关键词：离心压气机 流场 失速 数值模拟 中图分类号：ＴＫ４０２ 文献标识码： Ａ 文章编号：１６７２－３７９１（２０１２）０６（ｂ）－００８０－０２
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制氢装置的腐蚀介质监测分析包括： 中压汽包炉水（每天一次）、 中压蒸汽（每周 一次） 。 通过腐蚀介质分析可以辅助判断被 监 测 部 位 总 的 腐 蚀 情 况， 以 便 于 及 时 调 整 工 艺 操 作， 减 轻 腐 蚀 。 ４ ． ４ 大检修期间装置腐蚀检查 装置近两年的管线测厚数据见表１所 示， 表 中 的５ 根 管 线 是 今 后 监 测 的 重 点 。 检修期间由长岭设备所对装置的静设 备 进 行 检 查， 结果见图１ ～２ 所示。 低温空气预热器，采用ＮＤ钢（０９ＣｒＣｕＳｂ） 材料。 （５） 由 于 制 氢 装 置 负 荷 一 直 处 于３ ０ ％ 低负荷运行，为了防止炉管的高温蠕变， 建 议 加 大 配 汽 量 ， 提 高 水 碳 比 至 ５ 以上， 防 止炉管偏流；建议将转化炉入口温度由 ５１０℃降至４６０ ℃，炉管表面温度控制在 ８５０℃～８６０℃。 （６）针对循环水系统的腐 蚀、 埋地管线和设备的土壤腐蚀、 蒸汽系 统的腐蚀，建议加强对此类腐蚀的监控。 （７）建立长效的防腐机制。 建议增上在线腐 蚀监测系统，加强重点管线的监控。 和挂 片、 定期测厚、 腐蚀介质的监控等数据进 行比对， 及时提出合理的防腐建议。
叶轮上。 以此技术处理动区域中流场的计 算需要在进行速度矢量的转化并动量方 程 中 考 虑 旋 转 速 度 旋 转 分 量 的 影 响， 但 可 以避免采用动网格带来的计算量较大的 问题。 在高速叶轮流场中湍流效应明显，同 时叶顶间隙还存在明显的二次流。 综合考 虑计算量和对旋转叶轮流场计算精度等问 题 ， 采 用 k −ω 湍 流 模 型 描 述 叶 轮 中 的 流 场， 即 除 求 解 旋 转 坐 标 系 中 Ｎ－Ｓ 方 程 外 ， 还 需计算 k − ω 方程：
图４ 失速条件下各个叶高的速度矢量图
图５ 设 计 和 失 速 条 件 下 叶 顶 二 次 流 示 意 图
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参考文献
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