ЧИТАТЬ СТАТЬЮЧисленное исследование неоднородности параметров течения и пульсаций давления в центробежном компрессоре
Computational Study of Flow Parameters Non-uniformity and Pressure Pulsations in a Centrifugal Compressor
Московский авиационный институт (НИУ), Москва, Россия
Аннотация: Неравномерность параметров потока в выходном сечении рабочего колеса центробежного компрессора обусловлена особенностями рабочего процесса повышения удельной энергии газа в межлопаточных каналах и является неотъемлемой характеристикой машин данного типа, как и всех лопаточных машин. В лопаточных машинах центробежного типа указанная неравномерность проявляется сильнее из-за действия кориолисовых сил инерции на устойчивость пограничного слоя на напорной и всасывающей стороне межлопаточного канала. В результате формируется так называемая модель течения «струя-след», где высокоскоростная зона потока примыкает к напорной стороне канала, а низкоэнергетическая зона следа находится вблизи всасывающей стороны лопатки. Указанная неравномерность течения приводит к дополнительным потерям энергии рабочей среды, пульсациям давления, генерации вибрации и шума на тональных компонентах спектра, соответствующих частоте следования лопаток (ЧСЛ) и ее высших и комбинационных гармоник. Применение методов вычислительной гидродинамики позволяет оптимизировать конструкцию лопастных систем и проточной части не только по энергетическим параметрам – КПД, повышению давления, но и по уровню амплитуд дискретных компонент спектра пульсаций давления, обеспечивая снижение тонального шума ЧСЛ. Рассмотрен пример использования численного моделирования для анализа влияния числа лопаток ротора и статора и применения укороченных лопаток в центробежном колесе на степень неоднородности параметров потока и спектр пульсаций давления на выходе центробежного колеса и в каналах лопаточного направляющего аппарата малорасходного центробежного компрессора.
Ключевые слова: центробежный компрессор, неоднородность потока, пульсации давления, частота следования лопаток, численное моделирование
Abstract: In homogeneity flow parameters at the outlet of the impeller blades in the centrifugal compressor occurs due to peculiarities of the working process of increasing the gas specific energy in the inter-blade channels is an inherent characteristic of this type of machines, as well as all turbo machinery. In the centrifugal machines, the mentioned in homogeneity is more pronounced due to the effect of Coriolis forces of inertia on the boundary layer unsteadiness on the suction and pressure side of the blade channel. The result is so-called "jet-wake" flow model, where the high-speed flow zone is adjacent to the pressure side of the blade channel and the low-energy wake is close to the suction side of the blade. The non-uniformity of the flow leads to additional losses of fluid specific energy, pressure pulsations, vibration and noise generation on the tonal components of the spectrum corresponding to the blade passing frequency (BPF) and its higher and combined harmonics. The use of computational fluid dynamics methods enable to optimize the design of blade systems and the flow part not only by the energy parameters - efficiency, pressure rise, but also by the amplitude level of discrete spectrum components of pressure pulsations, providing BPF tonal noise reduction. An example is presented by the numerical modelling to analyze the influence of the number of rotor blades and guide vanes and applying shortened blades on the degree of non-uniformity of the flow parameters and the spectrum of pressure pulsations at the impeller outlet and guide vane channels of low-flow rate centrifugal compressor.
Keywords: Centrifugal compressor, flow non-uniformity, pressure pulsations, blade passing frequency, numerical modelling
