Nghiên ứu ảnh hưởng ủa khe hở giữa đỉnh ánh quay với thân máy và khe hở dọ trụ giữa ánh quay với ánh tĩnh tới hiệu suất ủa máy nén hướng trụ đa ấp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh quay với thân máy khe hở dọc trục cánh quay với cánh tĩnh tới hiệu suất máy nén hướng trục đa cấp NGUYỄN ĐẠI QÚY Ngành Cơ Khí Động Lực Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Phan Anh Tuấn Viện: Cơ Khí Động Lực Chữ ký GVHD HÀ NỘI, 8/2020 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061132131421000000 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: NGUYỄN ĐẠI QUÝ Đề tài luận văn: Nghiên cứu ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh quay với thân máy khe hở dọc trục cánh quay với cánh tĩnh tới hiệu suất máy nén hướng trục đa cấp Chuyên ngành: Cơ khí động lực Mã số SV : CA190065 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 12 tháng 08 năm 2020 với nội dung sau: Chỉnh sửa lại toàn lỗi chế bản, in ấn Bổ sung bảng ký hiệu từ viết tắt Trích dẫn tham khảo đầy đủ theo trình tự xuất luận văn Thay đổi hình ảnh, đồ thị mờ chữ, nét ……………………… ……………………………………………………………………… Ngày tháng năm Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn PGS.TS Phan Anh Tuấn Nguyễn Đại Quý CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG GS.TSKH Vũ Duy Quang Lời cảm ơn Với lòng biết ơn sâu sắc tình cảm chân thành cho phép tác giả gửi lời cảm ơn chân thành tới: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực, Bộ mơn Kỹ Thuật thủy khí Tàu thủy giảng viên PGS TS Phan Anh Tuấn người hướng dẫn tác giả suốt trình nghiên cứu hoàn thành đề tài nghiên cứu Mặc dù cố gắng nhiều, luận văn không tránh khỏi thiếu sót, tác giả mong nhận đóng góp ý kiến nhà khoa học, quý thầy cô Xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 26 tháng năm 2020 Tóm tắt nội dung luận văn Lý chọn đề tài Máy nén khí đa cấp dùng phổ biến cơng nghiệp muốn tạo dịng khí với áp suất cao Đặc biệt ngành hàng không tàu thủy, máy nén đa cấp dùng tua bin khí để tạo lực đẩy cho máy bay tàu thủy Việc nghiên cứu ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh với thân máy khe hở cánh quay cánh cố định giúp cho người thiết kế tối ưu, nâng cao hiệu suất cho máy nén khí Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh quay với thân máy khe hở cánh quay cánh tĩnh tới hiệu suất máy nén dọc trục đa cấp Nội dung đề tài: - Nghiên cứu tổng quan máy nén khí, máy nén hướng trục đa cấp - Nghiên cứu ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh quay với thân máy tới hiệu suất máy nén hướng trục đa cấp - Nghiên cứu ảnh hưởng khe hở cánh quay cánh cố định tới hiệu suất máy nén hướng trục đa cấp, - Mô số trạng thái ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh quay với thân máy tới hiệu suất máy nén hướng trục đa cấp - Mô số trạng thái ảnh hưởng khe hở cánh quay cánh cố định tới hiệu suất máy nén hướng trục đa cấp Phương pháp nghiên cứu Kết hợp nghiên cứu lý thuyết truyền thống mô số phần mềm ANSYS Fluent để khảo sát, đánh giá mức độ ảnh hưởng tới hiệu suất tỷ số nén máy nén hướng trục đa cấp thay đổi khe hở đỉnh cánh động tầng với vỏ máy khe hở dọc cánh động cánh tĩnh HỌC VIÊN Nguyễn Đại Quý MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MÁY NÉN KHÍ 12 1.1 Tổng quan máy nén khí 12 1.2 Phạm vi sử dụng máy nén khí 13 1.3 Ưu, nhược điểm máy nén khí 13 1.4 Động lực học chất khí 13 Các thông số chất khí 13 Các định luật chất khí 14 Độ ẩm khơng khí 15 Nhiệt công học 15 Phương trình nhiệt động 15 Phương trình liên tục 16 Phương trình Bernoulli 17 Số Reynolds số Mach 17 Phương trình Euler 18 1.5 Kết luận chương 18 CHƯƠNG MÁY NÉN KHÍ HƯỚNG TRỤC ĐA CẤP 19 2.1 Kết cấu máy nén hướng trục đa cấp 19 2.2 Nguyên lý làm việc 20 2.3 Tam giác vận tốc dịng khí chuyển động máy 20 Công máy nén 23 Độ phản lực máy nén hướng trục 24 2.4 Đặc tính máy nén hướng trục 27 Đặc tính riêng 28 Đặc tính tổng hợp 30 2.5 Tính tốn máy nén hướng trục 31 Các thông số cho trước 31 Tính tốn sơ 31 Tính tốn tầng 34 Xây dựng biên dạng cánh 37 2.6 Các nghiên cứu khe hở cánh máy nén khí hướng trục đa cấp 41 Ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh quay với thân máy 41 Ảnh hưởng khe hở dọc trục cánh quay với cánh tĩnh 42 2.7 Kết luận chương 43 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP VÀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG SỐ 44 3.1 Phương pháp mô số 44 Giới thiệu chung CFD (Computational Fluid Dynamics) 44 Ứng dụng CFD việc giải toán kỹ thuật 44 Những phương trình cần phải giải CFD 45 3.2 Phần mềm mô ANSYS Fluent 45 Cấu trúc phần mềm khả mô Fluent 45 Các bước giải toán Fluent 47 3.3 Mô số với máy nén hướng trục đa cấp 47 3.3.1 Lựa chọn phương pháp mô số 47 3.3.2 Mơ hình rối 49 3.3.3 Xây dựng mơ hình lưới 52 3.3.4 Điều kiện biên 53 3.4 Kết luận chương 54 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG SỐ 55 4.1 Các trường hợp mô số nghiên cứu 55 4.2 Miền khơng gian tính tốn 55 4.3 Điều kiện biên 58 4.4 Kết mô số ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh quay vỏ máy 58 4.5 Kết mô số ảnh hưởng khe hở dọc trục cánh động cánh tĩnh 65 Trường hợp khe hở dọc trục R1 S1 tăng so với thiết kế gốc 65 Trường hợp khe hở dọc trục R1 S1 giảm so với thiết kế gốc 70 4.6 Kết luận chương 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Cấu tạo máy nén khí hướng trục 19 Hình 2 Lưới cánh máy nén hướng trục 21 Hình Tam giác vận tốc lưới cánh công tác 22 Hình Sơ đồ vận tốc lưới cánh công tác 22 Hình Tam giác vận tốc góc ρ = 0,5 25 Hình Tam giác vận tốc góc ρ = 26 Hình Tam giác vận tốc góc ρ = 0,75 27 Hình Đường đặc tính thực nghiệm máy nén hướng trục 28 Hình Đường đặc tính thực nghiệm máy nén hướng trục 29 Hình 10 Sự phụ thuộc lực nâng Cy lực cản Cx vào góc va i 29 Hình 11 Sự phụ thuộc lực nâng Cy lực cản Cx vào góc va i 30 Hình 12 Đường đặc tính tổng hợp máy nén hướng trục 31 Hình 13 Xây dựng đường nhân biên dạng cánh phương pháp đồ thị38 Hình 14 Xây dựng đường nhân biên dạng cánh 39 Hình 15 Xây dựng cánh phương pháp giải tích 40 Hình 16 Máy nén khí hướng trục đa cấp 41 Hình Sơ đồ thực tốn mơ Fluent 46 Hình Minh họa quy định “Interface” cho mơ hình MRF 48 Hình 3 Mơ hình lưới 52 Hình Điều kiện biên vị trí 53 Hình 4.1 Khe hở đỉnh cánh động thân máy khe hở dọc R1 với S1 56 Hình 4.2 Cấu tạo ba tầng cánh máy nén khí 57 Hình 4.3 Chia lưới mô số 58 Hình 4.4 Trường vận tốc dịng khí tầng thứ 59 Hình 4.5 Trường vận tốc dịng khí tầng thứ hai 59 Hình 4.6 Trường vận tốc dịng khí tầng thứ ba 60 Hình 4.7 Đồ thị tải cánh tầng thứ 60 Hình 4.8 Đồ thị tải cánh tầng thứ hai 61 Hình 4.9 Đồ thị tải cánh tầng thứ ba 61 Hình 4.10 Đồ thị tải cánh động R1 61 Hình 4.11 Đồ thị tải cánh tĩnh S1 62 Hình 4.12 Đồ thị tải cánh động R2 62 Hình 4.13 Đồ thị tải cánh tĩnh S2 62 Hình 4.14 Đồ thị tải cánh động R3 63 Hình 4.15 Đồ thị tải cánh tĩnh S3 63 Hình 4.16 Đồ thị ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh động đến tỷ số nén 64 Hình 4.17 Đồ thị ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh động đến hiệu suất 64 Hình 4.18 Trường vận tốc dịng khí tầng thứ tăng khe hở R1 S1 65 Hình 4.19 Trường vận tốc dịng khí tầng thứ hai tăng khe hở R1 S1 66 Hình 4.20 Trường vận tốc dịng khí tầng thứ ba tăng khe hở R1 S1 66 Hình 4.21 Đồ thị tải cánh động R1 67 Hình 4.22 Đồ thị tải cánh tĩnh S1 67 Hình 4.23 Đồ thị tải cánh động R2 67 Hình 4.24 Đồ thị tải cánh tĩnh S2 68 Hình 4.25 Đồ thị tải cánh động R3 68 Hình 4.26 Đồ thị tải cánh tĩnh S3 68 Hình 4.27 Đồ thị ảnh hưởng tăng khe hở dọc cánh R1 với S1 đến tỷ số nén 69 Hình 4.28 Đồ thị ảnh hưởng tăng khe hở dọc cánh R1 với S1 đến hiệu suất 69 Hình 4.29 Trường vận tốc dịng khí cấp nén thứ giảm khe hở 70 Hình 4.30 Trường vận tốc dịng khí cấp nén thứ hai giảm khe hở 70 Hình 4.31 Trường vận tốc dịng khí cấp nén thứ ba giảm khe hở 71 Hình 4.32 Đồ thị tải cánh động R1 71 Hình 4.33 Đồ thị tải cánh tĩnh S1 72 Hình 4.34 Đồ thị tải cánh động R2 72 Hình 4.35 Đồ thị tải cánh tĩnh S2 72 Hình 4.36 Đồ thị tải cánh động R3 73 Hình 4.37 Đồ thị tải cánh tĩnh S3 73 Hình 4.38 Đồ thị ảnh hưởng giảm khe hở dọc cánh R1 S1 đến tỷ số nén 74 Hình 4.39 Đồ thị ảnh hưởng giảm khe hở dọc cánh R1 S1 đến hiệu suất 74 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Các số lưới chất lỏng 52 Bảng 3.2 Thang tiêu chuẩn Orthogonal quality 53 Bảng 3.3 Thang tiêu chuẩn skewness 53 Bảng 3.4 Điện kiện biên cho mặt tương ứng 54 Bảng 4.1 Các trường hợp mô cho giá trị khe hở đỉnh cánh động R1 vỏ máy 55 Bảng 4.2 Các trường hợp mô cho giá trị khe hở dọc trục cánh R1 với S1 55 Bảng 4.3 Thông số máy nén hướng trục ba cấp 56 Bảng 4.4 Số lượng cánh cấp máy nén 57 KÝ HIỆU VÀ CHỈ SỐ SỬ DỤNG Ký hiệu Tên đại lượng Thứ nguyên A Khoảng cách mm, m a C Tốc độ âm Nhiệt dung riêng m s-1 kJ.kg-1.Độ-1 d D Đường kính Đường kính mm, m mm, m g G Gia tốc trọng trường Trọng lượng m.s-2 kG h Chiều cao m k K Số mũ đẳng entropi, đoạn nhiệt Hệ số, số - L Công kg, 1m3 Kgm Kg-1, nm/m3 m Ma Khối lượng Số Mach kg - n P Số mũ đa biến Áp suất Pa, kg, N.m- Q Lưu lượng thể tích, suất thể m3.ph-1, tích m3.s-1 Hằng số chất khí J.kg-1.Độ -1, kJ.kg-1 Độ-1 R t Thời gian s T U Nhiệt độ tuyệt đối (kelvin) Tốc độ vòng ºK m.s-1 V α (alpha) Thể tích Góc m3 Độ (º) β (beta) Góc Độ (º) ɛ Hệ số nén, tỷ số áp suất (apsilon) η (eta) Hiệu suất λμ (Mu) ω - Hệ số dẫ nhiệt Độ nhớt (độ nhớt động lực, độ nhớt N.s.m-2p tuyệt đối) Tốc độ góc s-1 10