高转速离心压气机改型设计与数值分析.pdf

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1、硕士学位论文高转速离心压气机改型设计与数值分析REDESIGNANDNUMERICALANALYSISOFCENTRIFUGALCOMPRESSORWITHHIGHSPEED白新阳哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TH452学校代码：10213国际图书分类号：621.5密级：公开工学硕士学位论文高转速离心压气机改型设计与数值分析硕士研究生：白新阳导师：黄洪雁教授申请学位：全日制工学硕士学科：动力机械及工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2018年6月24日授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH452U.D.C:621.5Di

2、ssertationfortheMasterDegreeinEngineeringREDESIGNANDNUMERICALANALYSISOFCENTRIFUGALCOMPRESSORWITHHIGHSPEEDCandidate：BaiXinyangSupervisor：Prof.HuangHongyanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerMachineryandEngineeringAffiliation：EnergyScience&EngineeringDateofDefence

3、：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着新能源技术的不断发展，燃料电池作为新能源领域的重要板块之一，在各个领域得到广泛应用，空气压缩机作为燃料电池的核心部件之一，其性能对燃料电池的影响较大，离心压气机是燃料电池使用最多的空气压缩机。研究表明，燃料电池用离心压气机的出口压力越高，燃料电池的电堆性能越好。因此，设计高效率、高压比的离心压气机是提高燃料电池性能，推进燃料电池领域发展的重要途径。本文对给定的燃料电池用离心压气机进行改型设计，得到

4、了满足燃料电池需要的高压比、高效率离心压气机，主要内容如下：1.利用NUMECA和CFX等软件对原型压气机进行网格构造和数值分析，利用CFX的后处理模块分析原型压气机的性能和流场。课题主要分析了原型压气机的性能曲线，以及在设计工况下，压气机叶轮内部的流动损失以及造成损失的原因，其中探讨了叶顶泄露和二次流的形成以及影响。此外，课题对扩压器的扩压能力以及总压损失情况进行了分析。2.结合CFX对原型压气机的流动分析结果，对原型压气机进行改型设计，改型需要保证原型压气机的蜗壳尺寸不变，改型的主要目的是提高压气机的压比和效率。原型压气机叶轮展向二次流与叶顶泄漏的位置靠前，对叶

5、轮内部和出口的影响较大，改型需要控制其发展。改型完成之后，利用CFX软件对改型压气机进行数值模拟分析，并与原型压气机进行对比。初步改型结果表明，改型压气机将压比从1.8提高到2.1，效率提高了5.67%左右，流量有所降低，但在可以接受的范围内。改型压气机吸力面流动情况改善，展向二次流形成位置靠后，叶顶泄露强度减弱。改型之后的扩压器为无叶扩压器，在保证扩压范围的同时，降低了原型扩压器的总压损失，提高了扩压器性能。3.进一步对压气机进行改型，研究扩压器和分流叶片对改型压气机的影响，实质是进一步提高改型压气机的性能。在无叶扩压器的基础上，设计了三种叶片式扩压器，结果表明叶

6、片式扩压器的扩压能力更强，翼形扩压器是三种叶片式扩压器中工作范围相对较大、效率较高的，但无叶扩压器总压损失最小，工作范围最大，效率最高，综合性能最好。在分流叶片研究中，设计了有无分流叶片以及三种周向位置不同的分流叶片形式。有分流叶片的压气机展二次流位置靠后，计算工况下的效率更高。其中，分流叶片在某个截面时叶顶泄露和二次流影响较小，效率和稳定工作范围的匹配最佳。关键词：离心压气机；尾迹；改型设计；扩压器；分流叶片-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofnewenergytechnology,fuelcell,ason

7、eoftheimportantpartsofnewenergyfield,iswidelyusedinvariousfields.Asoneofthecorecomponentsoffuelcell,theperformanceoftheaircompressorhasagreatinfluenceonthefuelcell,andthecentrifugalcompressoristhemostusedaircompressorforfuelcell.Theresearchshowsthatthehighertheoutletpressureofthecent