小流量離心制冷壓縮機級內流動的CFD分析

高 峰，朱德潤，潘曉燕

1 前言

壓縮機是整個蒸發循環系統的關鍵設備，相對于其他型式的壓縮機來說，離心式制冷壓縮機具有體積小、轉速高、適用范圍廣的優點，在冷量需求較大的制冷行業中應用廣泛［1,2］。但應用于50 kW 以下制冷量級別的情況，國內研究較少［3］。為滿足航空等特殊領域制冷循環系統對大功率電子設備進行冷卻的需要，發展制冷量在50 kW量級范圍內的蒸發制冷循環系統有重要意義［4］。

傳統葉輪機械基于試驗進行設計，設計周期長、成本高。CFD技術的出現為葉輪機械提供了一種新型的設計方法，利用計算機流體計算軟件不僅可以準確預測流體機械的整體性能，而且還可以容易地從產品中發現設計問題，減少設計中未發現的負面影響，降低對試驗研究的依賴性，從而縮短設計周期，降低成本［5］。

本文利用搭建的小流量離心式制冷壓縮機性能測試試驗臺，對所設計的小型離心機進行性能測試，同時利用FLUENT軟件對所設計的小流量離心式壓縮機內部流道進行數值模擬，模擬采用真實氣體模型，并與試驗結果進行對比，驗證模擬的準確性，最后進行壓縮機內部流動分析，找出流動損失原因，為流道改進優化提供指導，使其在較高效率下獲得合適的壓比，滿足系統需求。

2 研究現狀

離心壓縮機內部流動復雜，國外對其研究時間較早，而國內對小型化離心機的研究還處于起步階段。Fulin Gui等進行了高速小流量離心壓縮機的設計和試驗研究，他設計了一個葉輪直徑僅為 63 mm 的小流量高轉速離心壓縮機 ,其效率可達 84%,這個數值較從20世紀50年代起一直未有太大提高的60%左右的效率有了相當大的進步［6］；……