Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования

Диссертационная работа:

Коротков Алексей Владимирович. Оценка влияния закрутки потока на эффективность работы ступени холодильного центробежного компрессора при изменении его производительности : диссертация ... кандидата технических наук : 05.04.03 / Коротков Алексей Владимирович; [Место защиты: С.-Петерб. гос. ун-т низкотемператур. и пищевых технологий]. - Санкт-Петербург, 2008. - 142 с. : ил. РГБ ОД, 61:08-5/457

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 4

, ВВЕДЕНИЕ 6

  1. Регулирование холодильных машин с центробежными компрессорами. Особенности работы ХМЦК при различных условиях 11

  2. Способы регулирования ХЦК 16

  3. Исследования регулирования ХЦК и ХМЦК с помощью ВРА 21

1.3.1.2. Моделирование холодильных машин с центробежными компрессорами.
і....'.....'...' 22

Глава 2. Физическое моделирование ступеней ХЦК при регулировании с
помощью ВРА 32

  1. Экспериментальная модель 32

  2. Методика проведения эксперимента 32

Рабочее колесо 35

  1. Объект исследования 39

  2. Методика измерений 44

  3. Выбор контрольных сечений 44

  4. Размещение приборов в контрольных сечениях и измерение параметров ступени 44

  5. Измерение давлений 47

  6. Измерение температур, числа оборотов и расхода рабочего тела 47

  7. Приборы регистрации 48

  1. Обработка экспериментальных данных 48

  2. Метод поэлементного расчета параметров ступени ХЦК по результатам экспериментального исследования 52

2.4 Алгоритм расчета основной программы для определения интегральных и поэлементных характеристик концевой ступени центробежного компрессора.. 53

, 2.4.1. Характеристики ступеней 64

2.4.2. Анализ результатов эксперимента 72

і Глава 3. Численное моделирование течения рабочего вещества в ВРА 74

3.1. Краткая характеристика вычислительной системы 74

Уравнения переноса для стандартной k-ю модели 79

Моделирование эффективной диффузии 79

Исправление связанное с низкими числами Рейнольдса 79

Моделирование турбулентности 80

Моделирование распада турбулентности 81

Учет сжимаемости 82

Константы модели 82

Пристеночные граничные условия 82

Уравнения передачи для SST к-со модели 84

Моделирование эффективной диффузии 84

Моделирование возникновения турбулентности 85

Моделирование распада турбулентности 86

Модификация взаимного распространения 87

Образцовые константы 87

Стеночные функции пристеночной модели 88

Стандартные стеночные функции 90

Импульс 90

Энергия 91

Турбулентность 93

Неравновесные стенные функции 94

Стандартные стенные функции против неравновесных стенных функций.. 95

Ограничения стенного подхода функции 96

Модель с двумя слоями для увеличенной стенной обработки 97

Увеличенные стенные функции 99

  1. Плоская модель 102

  2. Пространственная модель 118

Заключение 127

Литература 128

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Ф - условный коэффициент расхода;

G - массовая производительность в кг/с;

П - коэффициент полезного действия (КПД);

тт - отношение давлений в ступени;

v - удельный объем в м3/кг;

s- энтропия в кДж/(кг К);

р- плотность в кг/м3;

/ - энтальпия в кДж/кг;

р - давление в Па;

Т- термодинамическая температура в К;

t- температура в С, шаг лопаток;

R - газовая постоянная в кДж/(кг К); радиус в м, мм;

М - число Маха;

М„ - условное число Маха;

с- абсолютная скорость в м/с;

w- относительная скорость в м/с;

и- окружная скорость в м/с;

От коэффициент реактивности;

/ - удельная работа в кДж/кг;

%- коэффициент мощности;

1Г - удельная работа, характеризующая потери в рассматриваемом элементе ступени в кДж/кг;

F - площадь поперечного сечения в м2;

D,d- диаметры в м, мм;

z - число лопаток;

п - показатель политропы; число оборотов двигателя в с"1;

к - показатель изоэнтропы;

пКС - коэффициент диффузорности косого среза;

Ф - коэффициент расхода;

а - угол между направлением окружной скорости колеса и направлением абсолютной скорости или касательной к средней линии неподвижной лопатки в град;

В - угол между направлением, противоположным направлению окружной скорости колеса, и направлением относительной скорости или касательной к средней линии лопаток колеса в град;

ИНДЕКСЫ

* - параметры торможения;

н - начальные параметры, сечение перед входом во всасывающий патрубок;

к - конечные параметры, сечение за нагнетательным патрубком;

8 - сечение перед лопатками ВРА;

О - сечение перед лопатками рабочего колеса;

  1. - выходное сечение колеса;

  2. - сечение перед лопатками диффузора;

  3. - сечение на выходе из диффузора; е - сечение горла канала;

г, и - радиальная и окружная составляющие; л - величина, отнесенная к лопатке;

- обезразмеривание по наружному диаметру колеса; s - изоэнтропный. СОКРАЩЕНИЯ

ЦКМ - центробежная компрессорная машина;

ВРА - входной регулирующий аппарат;

ВНА - вращающийся направляющий аппарат;

БЛД - безлопаточный диффузор;

ЛД - лопаточный диффузор;

ХМЦК - холодильная машина с центробежным компрессором;

ХЦК - холодильный центробежный компрессор;

ХМ - холодильная машина;

ЦКМ - центробежная компрессорная машина.

Введение к работе:

Искусственный холод находит все более широкое применение во многих отраслях народного хозяйства. Для получения холода в больших количествах особенно часто используются паровые холодильные машины с центробежным компрессором.

Холодильные центробежные компрессоры успешно работают в химической, нефтяной, нефтеперерабатывающей промышленности, в установках кондиционирования воздуха и в целом ряде других отраслей народного хозяйства. В связи с расширением области применения центробежных компрессорных машин перед проектными организациями встают задачи обеспечения высокой надежности и эффективности центробежных компрессоров, а также снижения их массогабаритных показателей.

Существенным резервом повышения рабочих мощностей и снижения числа ступеней ЦКМ, работающих на высокомолекулярных веществах, является переход к большим окружным скоростям. В настоящее время предельные прочностные и газодинамические условия допускают работу дозвуковых хладоновых ЦКМ при числах М =0,4-0,9. Переход к таким числам М с уровня М= 0,8-1,2, свойственного большинству стационарных хладоновых ЦКМ, определяется наличием экспериментальных данных, подтверждающих возможность экономичной работы в области высоких М и пригодных для использования при проектировании. Однако уже для М > 1,0 опытных данных пока еще имеется недостаточно [6]. Это делает необходимым экспериментальные исследования проточных частей и их отдельных элементов при относительно высоких числах М.

Повышение эффективности - одна из важнейших задач. Успехи в научно-исследовательской и проектно-конструкторской работах, опирающихся на результаты экспериментальных исследований, привели к тому, что КПД центробежных компрессоров при применении рабочих колес со специально спрофилированными лопатками в сочетании с лопаточными диффузорами и ВРА, достигает значений, превышающих 0,8 [6].

Область применения холодильных машин с центробежными компрессорами ХЦК весьма обширна и с течением времени расширяется. В настоящее время по данным работ [22,23] они применяются;

в химической и нефтехимической промышленности при производстве аммиака, хлора, минеральных удобрений, смазочных масел, капроновых и вискозных волокон, синтетического каучука, на предприятиях разделения газов, пиролиза и крекинга нефти, при сжижении природного газа;

в микробиологической промышленности;

в крупных системах кондиционирования воздуха цехов промышленных предприятий, вычислительных центров, шахт, административных и общественных зданий;

в пищевой промышленности (на холодильниках, пивоваренных и винодельческих заводах);

в качестве тепловых насосов для отопления зданий, нагрева воды или воздуха.

Эти области применения ХМЦК становятся особенно перспективными в связи с необходимостью экономии топливных и энергетических ресурсов.

Актуальность проблемы. Для современного этапа развития науки и техники характерно создание экономичных, компактных агрегатированных холодильных машин, отличающихся высокой степенью унификации и снабженных эффективными средствами регулирования для обеспечения их работы в различных условиях. Большой вклад в развитие и совершенствование ХМ с центробежными компрессорами внесли Ф.М. Чистяков, И.М. Калнинь, А.С. Нуждин, Б.Л Цирлин, Д.Л. Славуцкий, И.Я. Сухомлинов, Г.Н. Ден, Н.Н. Бухарин, А.Б. Баренбойм и др.

Значительное влияние на технический уровень ХЦК оказывают успехи в развитии промышленных и транспортных центробежных компрессоров, достигнутые благодаря работам К.И. Страховича, В.Ф. Риса, К.П. Селезнева, Ю.Б. Га-леркина, Ф.С. Рекстина, Г.Н. Дена, В.И. Епифановой, А.Н. Шерстюка, С.Н. Шкар-буля, А.А. Мифтахова и др.

В хладоновых холодильных центробежных компрессорах, выпускаемых в настоящее время, как правило, применяются рабочие колеса радиального типа с выходными лопаточными углами Р2л^2230'...60, характерными для стационарных компрессоров. Область эффективной работы таких колес ограничивается условными числами Маха М„=1,0...1,2, причем большим относительным ширинам Ь2 соответствуют меньшие величины М„.

Регулирование холодильных центробежных компрессоров с помощью поворота лопаток входного регулирующего аппарата (ВРА) широко применяется в холодильной технике. Способ показал себя достаточно надежным, но до настоящего времени изучен недостаточно. В частности пока неизвестны характеристики ВРА, по которым можно определить суммарный момент количества движения выходящего потока при различных углах установки лопаток.

Затраты энергии на привод ХЦК весьма значительны, поэтому повышение их энергетической эффективности является важной научно-технической проблемой. Ее решение возможно на основе опытно-конструкторских работ и комплекс-

ных научных исследований, проводимых, по крайней мере, в двух основных направлениях.

Во-первых, это отработка высокоэффективных унифицированных элементов проточной части и определение в процессе проектирования их оптимального сочетания и согласования, обеспечивающего наибольшую энергетическую эффективность отдельных ступеней и многоступенчатых ХЦК в заданных условиях работы. На современном уровне эта задача должна решаться с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР).

Во-вторых, это оптимизация эксплуатационных параметров холодильных машин с центробежными компрессорами. Значительным резервом повышения энергетической эффективности ХЦК, работающих в изменяющихся условиях, является определение и применение оптимального сочетания способов регулирования, обеспечивающего наибольший КПД ХЦК в точке его совместной работы с сетью, характеристика которой всегда индивидуальна, так как она определяется изменением температур источников и нагрузкой на теплообменные аппараты.

Для решения этих и ряда других подобных задач необходимо располагать характеристиками ХЦК. Их определение опытным путем во всем многообразии возможных режимов работы и сочетаний способов регулирования является практически невозможным из-за непомерно большого объема сложных и дорогостоящих экспериментов.

Единственным реальным путем является применение математического моделирования ХЦК - эффективного и надежного средства синтеза их характеристик, анализа работы в различных, иногда и не охваченных экспериментами условиях, при разном сочетании элементов проточной части, отличающихся конструктивными и геометрическими параметрами, режимах работы и регулирования, разными рабочими веществами.

Опыт показывает, что при современном уровне знаний характеристики отдельных элементов проточной части ХЦК, не могут быть определены расчетом с требуемой точностью. Поэтому синтез характеристик ХЦК с помощью математических моделей может быть успешным только при условии, что он опирается на результаты физического моделирования - систематических экспериментальных исследованиях на моделях термогазодинамических процессов, протекающих в элементах проточной части различных типов и конструкций при характерных для холодильных машин режимах работы и способов регулирования.

Задача усложняется тем, что несмотря на прогресс в развитии ХЦК до настоящего времени недостаточно изучены вопросы влияния на их работу различ-

ных чисел Ma, характерных для хладоновых ХЦК, термодинамических свойств рабочих веществ, а также различных способов регулирования, перспективных к применению в ХЦК, работающих в условиях переменных нагрузок или температур источников.

Это обусловливает необходимость проведения комплекса теоретических и экспериментальных исследований термогазодинамических процессов в элементах проточной части ХЦК, их взаимосвязи, влияния на них недостаточно изученных факторов и условий, характерных для работы холодильных машин, с последующим обобщением полученных результатов и разработки на этой основе системы математических моделей для синтеза характеристик ХЦК.

Все вышеизложенное определяет актуальность и целесообразность проведения настоящего исследования.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является оценка влияния закрутки потока с помощью входного регулирующего аппарата ступеней ХЦК с колесами различного типа на характеристики холодильного центробежного компрессора.

В соответствии с этим было предусмотрено решение следующих основных задач:

разработка машинной методики расчета термодинамических параметров потока в контрольных сечениях центробежного компрессора, работающего на реальном газе;

оценка влияния закрутки потока с помощью ВРА на характеристики компрессора;

разработка моделей входного регулирующего аппарата;

определение характера потока за ВРА при различных углах установки лопаток.

Диссертация состоит из трех глав. В первой главе рассматривается современные работы, посвященные изучению регулирования производительности ХЦК. Подвергаются анализу различные способы регулирования. Анализируются принципы математического моделирования. Обосновывается необходимость и актуальность исследования.

Во второй главе изложены вопросы, связанные с техническими характеристиками экспериментального стенда и принципами его работы. Приводятся данные об измерительной и контролирующей аппаратуре, излагается методика подготовки стенда к испытаниям и проведение эксперимента. Дано описание объекта исследования. Приведены экспериментальные характеристики ступени.

Третья глава посвящена математическому моделированию входного регулирующего аппарата. Приведены двумерная и трехмерная модель ВРА. Дан анализ потока в проходных каналах ВРА. Изложена методика обработки данных математического моделирования. Проведено сравнение с опытными характеристиками.

Научная новизна. Разработана методика расчета параметров потока и проведен физический эксперимент в результате которого изучено влияние закрутки потока с помощью ВРА на характеристики ХЦК с колесами различного типа при Ми =0,8-1,2.

Разработана и реализована математическая модель изоэнергетического квазидвумерного и квазитрехмерного дозвукового течения реального холодильного агента через входной регулирующий аппарат. В результате моделирования получены данные о характере потока во входном регулирующем аппарате в широком диапазоне чисел М = 0,1-^-0,9.

Практическая ценность результатов, полученных в диссертационной работе, связана с тем, что получена математическая модель входного регулирующего аппарата, позволяющая избежать дорогостоящую продувку ВРА, заменив ее относительно дешевой расчетной моделью.

Подобные работы
Зиновьева Анастасия Владимировна
Повышение эффективности работы электрогидродинамического насоса для холодильной и криогенной техники путем применения пульсирующего напряжения
Поляков Илья Викторович
Исследование влияния остаточной закрутки потока на аэродинамику межтурбинных переходных каналов ГТД с целью повышения их газодинамической эффективности
Драгомиров Михаил Сергеевич
Исследование влияния закрутки воздушного потока во впускных каналах на показатели автомобильного двигателя с распределенным впрыскиванием бензина
Галич Василий Николаевич
Повышение эффективности работы центробежных пылеуловителей за счет применения встречных закрученных потоков
Максимов Иван Сергеевич
Влияние неконденсирующихся газов на эффективность работы турбинной ступени
Со Тхей Вин
Исследование компонентной модели объектов для создания программного обеспечения и оценка производительности Web-сайтов
Шпилев Сергей Алексеевич
Исследование механизмов управления и оценка производительности широкополосных беспроводных сетей передачи информации под управлением протокола IEEE 802.11
Баранов Александр Владимирович
Разработка аналитических методов оценки производительности беспроводных локальных сетей на базе протокола IEEE 802.11
Падарян Вартан Андроникович
Исследование и разработка методов оценки масштабируемости и производительности программ, параллельных по данным
Петров Юрий Иванович
Разработка метода оценки влияния условий труда и учебы на социально-экономические показатели деятельности вуза

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net