小流量離心制冷壓縮機(jī)級內(nèi)流動的CFD分析

高 峰，朱德潤，潘曉燕

1 前言

壓縮機(jī)是整個蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，相對于其他型式的壓縮機(jī)來說，離心式制冷壓縮機(jī)具有體積小、轉(zhuǎn)速高、適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，在冷量需求較大的制冷行業(yè)中應(yīng)用廣泛［1,2］。但應(yīng)用于50 kW 以下制冷量級別的情況，國內(nèi)研究較少［3］。為滿足航空等特殊領(lǐng)域制冷循環(huán)系統(tǒng)對大功率電子設(shè)備進(jìn)行冷卻的需要，發(fā)展制冷量在50 kW量級范圍內(nèi)的蒸發(fā)制冷循環(huán)系統(tǒng)有重要意義［4］。

傳統(tǒng)葉輪機(jī)械基于試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計周期長、成本高。CFD技術(shù)的出現(xiàn)為葉輪機(jī)械提供了一種新型的設(shè)計方法，利用計算機(jī)流體計算軟件不僅可以準(zhǔn)確預(yù)測流體機(jī)械的整體性能，而且還可以容易地從產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題，減少設(shè)計中未發(fā)現(xiàn)的負(fù)面影響，降低對試驗(yàn)研究的依賴性，從而縮短設(shè)計周期，降低成本［5］。

本文利用搭建的小流量離心式制冷壓縮機(jī)性能測試試驗(yàn)臺，對所設(shè)計的小型離心機(jī)進(jìn)行性能測試，同時利用FLUENT軟件對所設(shè)計的小流量離心式壓縮機(jī)內(nèi)部流道進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬采用真實(shí)氣體模型，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證模擬的準(zhǔn)確性，最后進(jìn)行壓縮機(jī)內(nèi)部流動分析，找出流動損失原因，為流道改進(jìn)優(yōu)化提供指導(dǎo)，使其在較高效率下獲得合適的壓比，滿足系統(tǒng)需求。

2 研究現(xiàn)狀

離心壓縮機(jī)內(nèi)部流動復(fù)雜，國外對其研究時間較早，而國內(nèi)對小型化離心機(jī)的研究還處于起步階段。Fulin Gui等進(jìn)行了高速小流量離心壓縮機(jī)的設(shè)計和試驗(yàn)研究，他設(shè)計了一個葉輪直徑僅為 63 mm 的小流量高轉(zhuǎn)速離心壓縮機(jī) ,其效率可達(dá) 84%,這個數(shù)值較從20世紀(jì)50年代起一直未有太大提高的60%左右的效率有了相當(dāng)大的進(jìn)步［6］；……