摘要：介绍了一种离心叶轮的优化设计方法 ,该设计方法被应用到了一台离心压气机的具体工程设计 .三维粘性计算流体软件被用来对所设计的离心叶轮进行了数值模拟 .

摘要：为改善优化离心叶轮的气动性能,提出离心叶轮二元叶片型线的一种优化设计方法,即通过给定流道平均相对速度沿半径的分布规律,在叶轮轮盘轮盖线不变的前提下,设计出一类叶片型线,并利用全三维数值模拟计算得到最佳性能的叶轮。孤立叶轮的计算表明,大部分工况的性能均明显优于原始叶轮,在设计点处效率提高12%,压升提高8.9%,流道中低速区的面积大大减小,静压场分布更加均匀。最佳叶轮配上原始蜗壳进行整机计算,结果表明,设计点效率提高10%以上,且消除了蜗壳出口段的倒流现象,但在大流量工况下压升量有所下降。

摘要：在叶轮转速n=1500rpm对应的设计工况下,利用两维数字式粒子图像速度场仪(DPIV)对风机模型从叶轮出口至无叶扩压器区域内部流动状态进行整场测量,在"锁相"状态下获得沿扩压器宽度方向上三个径向面的瞬态速度场、涡量场的分布,并进一步对时均流场的流动特性进行全面讨论。测量结果表明:设计工况下,叶轮出口流动呈现典型的"射流-尾迹"流动结构,其对无叶扩压器内部流动状态具有深刻的影响。旋涡由叶轮叶片表面边界层的粘性切应力产生,并随流动被输运至下游无叶扩压器,然后随着流动的均匀化而逐渐消失。涡量的分布及变化反映了无叶扩压器内部流体相互掺混和能量传递、重新分布从而达到均匀化的过程。随着半径的增加,尽管无叶扩压器内流动在圆周方向亦逐渐趋于均匀化,但沿宽度方向的差距未得到改善,这将导致沿轴向α不变原则设计的叶片扩压器的二元叶片无法避免冲击损失。

摘要：为了研究非轴对称轮盘面对高压比离心叶轮的效率、压比、堵塞流量及工况范围的影响规律,采用基于人工神经网络的非轴对称轮盘面全工况预测模型,用于预测30个形状控制参数下轮盘面对气动性能的影响。同时,结合Sobol敏感性分析方法,提取对各性能指标影响显著的敏感参数,研究了敏感参数对于叶轮性能的影响规律。结果表明:轮盘面对效率、压比及堵塞流量的控制主要取决于各个参数独立影响的线性叠加,进口附近轮盘面的凹陷有利于提升最高效率并增大堵塞流量;叶轮出口压力侧分流流道附近的凸起有利于最高效率的提升,但会降低叶轮的压比。不同的是,轮盘面对叶轮工况范围的影响主要源于3个及以上参数的高阶交互作用。利用敏感性分析结果,从经验上人为给定控制参数的取值,实现了离心叶轮非轴对称轮盘面快速优化,在设计点压比不变的情况下,使绝热效率提升了0.9%,工况范围提升了2%,说明敏感性分析可以有效缩短优化周期,从而降低优化成本。该研究结果可为今后的离心叶轮气动设计及优化提供方向性指导。

摘要：为了定量研究离心叶轮叶顶泄漏流的影响因素,在经典闭式Eckardt叶轮基础上等值切削得到了11个相对间隙值在0~10%区间的半开式叶轮。采用数值计算分析和量化分析相结合的方法研究了叶轮设计工况下的顶隙流场,量化得到与间隙泄漏有关的叶顶载荷、刮削压头和泄漏强度沿流向的分布值。在完成"刮削率"R的计算讨论后,对量化的结果进行了偏最小二乘法(PLS)分析,建立了泄漏强度与泄漏流主要影响因素的定量关系式。研究结果表明,R值沿叶片流向从2.3下降到0.25左右,说明轮盖刮削对间隙泄漏流的作用沿流向增强;叶顶载荷的变量投影重要性值([1,2])略大于刮削压头的变量投影重要性值([0.7,1]),且叶顶载荷的回归系数值([0.6,0.8])略大于刮削压头的回归系数值([0.4,0.6]),说明叶顶载荷对间隙泄漏流的促进作用大于刮削压头,但刮削压头对间隙泄漏流的影响不可忽略。

摘要：因叶轮/扩压器转静间断,离心压气机级中必然存在引气腔并对级性能产生影响,中小型航空发动机/燃气轮机用半开式离心叶轮中背腔引气影响尤为突出。本文从简化及真实离心叶轮背腔流态研究、复杂流态调控方法、对级气动性能影响、叶轮/扩压器/背腔多维度耦合模拟方法等方面进行了综述,展示了背腔引气对风阻损失、轴向力平衡、油/气密封及冷却气输送等多方面重要影响,并对其可能的先进设计方法进行了分析与展望。

摘要：此文使用ANSYS CFX 11.0软件,采用RANS框架下的多种湍流模型对设计和非设计工况下离心叶轮内部流动进行了数值模拟。对数值模拟结果进行了如下分析:(1)与PIV试验及大涡模拟(LES)所得的流动图案进行对比。(2)对不同网格下计算得到的断面流动参数轮廓进行分析。(3)使用通用理查德森外推法,针对标准k-ε模型,在设计及非设计工况下,对离心叶轮设计及非设计工况扬程及轴功率的预测结果进行了验证和确认。研究结果表明标准k-ε模型能够较好地在设计工况下预测离心叶轮内部流动结构,并能准确有效地预测外特性,然而在非设计工况时由于模型误差导致计算结果较差。

摘要：对小流量高速离心叶轮一维气动优化设计及快速三维造型方法进行了研究,并发展了相应的计算程序.采用所述的方法,以Krain叶轮为基准对象,在保证原设计点性能的情况下进行了叶轮的全新参数设计和快速三维造型.造型中对叶片中心线进行了曲率优化控制,使得叶片符合气动性能优良的"S"型叶片.最后采用经校验的CFD软件对新设计的叶轮进行了全三维数值验证.数值验证结果显示:在设计流量时等熵效率为93.9%,增压比为4.794,与Krain叶轮设计点CFD验证的结果偏差分别为0.24%和2.14%,验证了该设计方法及程序的可行性.

摘要：针对传统多学科设计优化方法中未能考虑不确定因素的问题,开展基于可靠性的多学科设计优化(RBMDO)方法的研究。以离心式压气机叶轮为对象,综合考虑工作状况和材料参数等随机性因素的影响,利用改进的一次二阶矩(AFOSM)法进行可靠性分析,通过双循环策略将多学科可行优化方法与可靠性分析相结合,合理引入近似技术,建立了基于可靠性的多学科设计优化系统。对某离心叶轮进行多学科可靠性优化设计的算例表明,在满足所有可靠性指标的前提下,该方法可实现离心叶轮综合性能的提高,并有效地缩减设计周期。

摘要：应用LU -SGS -GE隐式格式和改良型高阶MUSCLTVD格式 ,通过求解全三维可压缩Reynolds平均的Navier -Stokes方程和低Reynolds数q -ω双方程湍流模型 ,对后弯角 30°的Krain离心叶轮在设计工况下通道内复杂的三维流动进行了计算。计算结果与实验数据符合良好 ,说明该方法适用于大逆压梯度流动的数值模拟 ,也可以用来深入研究离心压气机内各种复杂的三维流动现象。