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研究生: 顏弘勳
Yen, Hung-Hsun
論文名稱: 提升離心壓縮器之葉輪效率研究
Improving the Impeller Efficiency of a Centrifugal Compressor
指導教授: 賴維祥
Lai, Wei-Hsiang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系
Department of Aeronautics & Astronautics
論文出版年: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 109
中文關鍵詞: 離心壓縮器最佳化流場分析葉輪
外文關鍵詞: Centrifugal Compressor, Optimization, Flow Simulation, Impeller
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  • 離心式壓縮器的應用廣泛,如渦輪增壓器即為一個例子。由於環保及某些國家之稅金制度,使得汽車引擎走向小排氣量發展,但引擎之動力表現受限於引擎排氣量,因此小排氣量引擎外加渦輪增壓器即成為車廠欲提升動力表現的一種手段。由此可發現高效率之渦輪增壓器對於汽車工業的重要性,且離心壓縮器為渦輪增壓器其中一個重要的部分,因此離心式壓縮器的研究將扮演著重要的角色。本研究首先應用壓縮器一維設計工具設計一個原始壓縮器葉輪,再配合最佳化使原始壓縮器效率提升,最後再應用計算流體力學軟體(ANSYS CFX)對壓縮器的三維流場進行模擬分析,數值方法則以有限體積法求解三維雷諾平均Navier-Stokes方程式。分析進口、出口以及葉柵面的紊流動能,發現紊流動能分佈與熵值分佈的情況相近,由此推論流場能量的消耗主要來自紊流的擾動。由壓縮比與效率曲線圖發現,最佳化後之葉輪的效率最大值為90%,而原始葉輪效率最大值為85%,且最佳化之葉輪工作於低轉速時可有較大之壓縮比。由結果可以發現除了設計點之效率提升7%,最高效率點亦提升5%。未來可再針對葉片的設計進行葉片的優化,並配合葉輪應力分析,改善葉輪內流場,以再增進葉輪之性能。

    In this thesis, the objective of the research is to enhance the efficiency of the centrifugal compressor. An original centrifugal compressor impeller is designed first, and the impeller will be modified and improved its efficiency. The process of design and verification of impeller can be divided into three parts, including impeller preliminary design, optimization of impeller, and flow simulation. In the first part, impeller preliminary design which is carried on by one-dimensional design tool. In the second part, the efficiency of impeller is improved by the optimization tool, and the flow investigation of the original as well as optimized impeller are simulated by the computational fluid dynamics software(ANSYS CFX). The results show that the optimized impeller has higher both maximum efficiency (90%) and pressure ratio than those of original impeller.

    中文摘要 II 英文摘要 III 致謝 VIII 目錄 X 表目錄 XIII 圖目錄 XIV 符號說明 XX 第1章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 文獻回顧 4 1-3 研究動機與目的 14 1-4 研究流程 16 1-5 內容概要 17 1-6 離心壓縮器幾何參數說明 17 1-7 計算空間定義 19 第2章 基礎理論 22 2-1 熱力學第一定律 22 2-2 動量方程式 24 2-3 速度三角圖 27 2-4 滑移係數 28 2-5 壓縮器效率 31 2-6 壓縮器特性曲線圖 33 第3章 數值方法 35 3-1 統御方程式 35 3-2 紊流模型 38 3-2-1 SST紊流模型 41 3-3 有限體積法 44 第4章 最佳化方法 49 4-1 多目標演算法 49 4-2 葉輪最佳化流程 59 第5章 條件設定 61 5-1 物理模型建立 61 5-2 流道網格建立 65 5-3 計算環境設定 66 5-4 邊界條件設定 67 5-4-1 週期性邊界條件 67 5-4-2 壁面邊界條件 67 第6章 結果與討論 68 6-1 葉輪進口處流體特性比較 68 6-2 葉輪葉柵面流體特性比較 73 6-3 葉輪出口處流場特性比較 87 6-4 葉輪內流場比較 94 6-5 壓縮比曲線圖與效率曲線圖 101 第7章 結論與未來工作 105 7-1 結論 105 7-2 未來工作 107 參考文獻 108

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    下載圖示 校內:2021-07-31公開
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