离心压缩机热力计算

1、离心压缩机热力计算一、叶轮基本参数的计算参数符号单位计算公式或来源计算值设计工况 Design Point1质量流量mass flowmkg/s给定5.312转速Revolutionsn/min给定140003非旋转部件效率Casing efficiencyc%给定1004比转速Specific speed (SI)nq*-nq=nQ1/2(gH)3/40.15输出功率Power outputPQkWPQ=mY456.66旋转方向Rotation directionRight7涡流数Swirl numberr-r=1-cusus18总压比Total pressure ratiot-依据Y的计算

2、公式计算2.48449比能量Specific workYm/sY=tk-1k-1cpTt,s8598010总压差 Total pressure differencePtbar依据t与Y的计算结果计算1.503711入口总音速 Inlet total sonic speedat1m/sat1=RZTt1340.3212入口总密度Inlet total Densityt,Skg/m3t,S=PtSRTtS1.2245流体性质Fluid properties13工质Fluid name空气14气体状态方程Gas model理想气体状态方程（r134a工质选SRK方程）15气体常数Gas consta

3、ntRJ/(kg K)给定287.116比热容Heat capacitycpJ/(kg K)给定1004.917压缩因子Compressibility factorZ-给定1吸入口参数计算Inlet conditions18吸入口总压Total pressurePtSbar给定1.01319吸入口总温Total temperatureTtSC给定1520吸入口密度Inlet densitySkg/m3S=PSRTS1.185521吸入口压力Inlet pressurePSbarPt,S=(Tt,STS)-1PS=PS+ScmS220.9678422吸入口温度Inlet temperatureT

4、SCTt,S=TS+cmS22cp11.2723吸入口径向绝对速度Inlet mer. velocitycmSm/s给定cm2/cmS或S的值求出若给定S，cmS=tanSuS86.57924吸入口圆周向绝对速度Inlet circ. velocitycuSm/s若无进口预旋，则为0025吸入口圆周速度Inlet peripheral velocityuSm/suSu2=dSd2201.5626吸入口相对速度Inlet rel. velocitywSm/swS=cmS2+uS2218.5227吸入口马赫数Inlet Mach numberMaCS-MacS=cSaS0.2528Eye Mach

5、 NumberMawS-MawS=wSaS0.6529吸入口相对气流角Inlet rel. flow angleS给定或由速度三角形求出22.70230切向力系数Tangential force coefficientct-ct=ttm5.84031吸入口直径 Suction diameterdSmmdSd2=dHd2+2Kd1/dS27232叶片入口直径 Blade inlet diameterd1mmd1/d223333叶片入口宽度 Inlet widthb1mmc2m/c1m 72.2叶轮出口参数计算Outlet condition34出口密度Outlet density2kg/m32=

6、P2RT21.874735出口压力Outlet pressureP2barPt2=P2(Tt2T2)-11.904836出口温度Outlet temperatureT2CT2=Tt2-c222cp80.75337出口总压 Outlet total pressurePt2barPt2=tPtS2.516738出口总温 Outlet total temperatureTt2CTt2=Tt1t-1tt110.0739出口径向绝对速度 Outlet mer. velocityc2mm/s依据49来求解86.33140出口周向绝对速度Outlet circ. velocityc2um/scu2=Yu22

7、26.8741出口相对速度Outlet rel. velocityw2m/s依据速度三角形求174.9叶轮参数计算Impeller parameters42叶轮间隙Tip clearance-mm选取43压力系数Work coefficient-=2hu221.244流量系数Flow coefficientt-t=Qt,S4d22u20.05t0.8为大流量叶轮，t=0.080.048为中等流量叶轮，t0.045时为小流量叶轮45直径系数Diameter coefficient-=1/41/2=1.05d2(Y/Q2)1/44.4846机器马赫数Machine Mach NumberMu2-M

8、u2=u2at,S 1.1147出口圆周速度Outlet peripheral speedu2m/s给定或由42-46，48计算378.9848叶轮直径Impeller diameterd2mmd2=60u2n51743-48只要给定一个参数，其余参数都可以确定。49叶轮出口宽度Outlet widthb2mmm=Q2d2b2u2=c2mu2或b2/d220.250轮毂直径Hub diameterdHmm给定，不能小于转轴的最小直径9051反动度Reactionr-r=1-c222Y0.64二、子午面形状的调整 图1 叶轮子午面流道叶轮基本参数计算完毕后，会形成一个子午面流道，如上图所示，通过

9、贝塞尔曲线来控制流道的形状，调整贝塞尔曲线控制点的位置可以调整叶轮子午面流道的形状。(a) (b)图2从叶轮入口到出口 (a)通流面积变化曲线与(b)轮毂轮盖曲率的变化曲线在调整子午面流道的轮廓时应保证图2(a)通流面积的变化曲线避免出现局部最大、最小值及图2(b)轮毂、轮盖的曲率变化曲线尽可能平缓。三、叶片特性设定叶片数、叶片形状、叶片前缘后缘的厚度（用于计算阻塞系数），设定叶片冲角和落后角。叶片数的设定依据叶片出口角： Z=12 230 Z=16 24560 Z=20 27090也可用推荐的公式进行计算：Z=kZd2+d1d2-d1sin1+22 kZ=6.58.0叶片形状的选择：图3 6

10、种叶片形状CFturbo提供了6种形状的叶片，对于压缩机而言，主要使用直纹曲面（Ruled surface 3D）叶片和径向元素曲面（Radial element 3D）叶片两种。设定叶片前缘后缘的厚度和冲角，落后角：对于冲角i的选择，这里建议对于后弯型叶轮，当考虑阻塞后，一般取-2+1（徐忠书，75页）。落后角可以直接输入，也可以选择不同的经验模型。落后角不应超过1014。叶片前缘、后缘的厚度的初始值是根据经验公式给定的。四、调整叶片包角与等分线（a） （b）图4 叶片包角随等分线的变化曲线（a），（b）为横纵坐标的示意图上图表主要用于调节叶片包角与叶片等分线的扭曲度，调整该图很可能会形成不

11、合理的叶片形状，要特别注意，设计过程要求第一排和第二排的点必须在一条直线上，这样才能满足=dmdt。初始设计一般0-3点等分横坐标的距离。五、叶片厚度及叶片前缘的调整图5 叶片厚度的调整叶片厚度的调整，前缘与后缘厚度的调整在叶片特性选项栏中设置，叶片被三等分，图中箭头所指为1/3和2/3等分点。也可以增加等分点的数量，等分点越多，叶片厚度的设计就越精细。 图6 公司07A压缩机第一级叶轮叶片厚度变以及CFturbo设计的叶片厚度变化的示意图图6为左图为公司07A机组压缩机第一级叶片厚度的变化情况，右图为CFturbo设计的叶片厚度的变化情况，两者区别不大，但是叶片扭曲度有所差别。在帮助文档中并没有找到叶片厚度的设计准则，即怎么样调整叶片厚度才能既满足强度要求又有很好的气动效率。叶片前缘形状有三种，圆型、椭圆型与贝塞尔曲线控制的叶片前缘形状。在调整叶片厚的时候若设计了叶片前缘形状，这里就不需要在调整叶片前缘的形状。CFturbo帮助文档也没有给出叶片前缘的设计准则。叶片后缘也有三种形状，但是叶片后缘一般不需要设计，因为叶片后缘在模型设计完成之后还需要修整。图7 叶片前缘调整六、总结CFturbo中压缩机叶轮的设计主要就是以上所说的这几个步骤，叶轮基本参数的设计