某小流量离心压缩机设计与优化

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1、大连理工大学专业学位硕士学位论文人员通过对一离心式透平进行三维可压缩定常流动的数值计算提出直接给定蜗壳通流截面面积变化规律进行蜗壳设计的方法

2、1⋯。1996年，二维逆向设计方法由QiD．T首先提出，运用这一设计方法QiD．T模拟了蜗壳进El流动紊乱、参数不均的现象Il9I。1999年EAyder利用一种新模型模拟了蜗壳内的总压损失系数，测量了漩涡结构【20】。紧接着，在2001年，J．D．H，Kelde等人在充分考虑粘性对流动的影响的前提下，采用非定常势流模型，对低比转速离心泵流动进行了实验验证和数值模拟等工作，测量和计算得到蜗壳内

3、速度时均值、静压值等数据【21J。2006年，西安交通大学的刘伟、齐维彪等通过实验的手段以圆形截面偏心蜗壳为研究对象，采用五孔探针测量技术对其内部三维流场进行研究、分析，为蜗壳设计与改良作出贡献哗J。2010年，一项关于离心压缩机蜗壳在跨音速、高压比的非设计工况条件下的非对称现象对流动影响的研究由XOZheng、JHuenteler等人完成。研究发现当所研究的压缩机工作在低于设计流量的工况时，蜗壳会严重其影响非对称稳定性，并且进气角周向的变化与转速有关，当工作在跨音速条件时，两者相互影响的关系变得不明显123

4、。同年，周莉、张鑫对一

5、采用偏心方式设计的蜗壳内部流场进行数值模拟，了解流场内情况，对蜗壳结构改进具有参考价值124

6、。2014年，刘振雄、胡博利用数值模拟的方法分析了对称圆截面、对称方形截面和非对称圆截面三种截面形式的蜗壳内部流动、静压、流量等参数的规律，得到非对称圆形截面蜗壳对流动最有利的结论【25

7、。1．4小流量离心压缩机研究从1950年开始，小流量高转速离心压缩机的效率都非常的低，只有60％上下，直到F．Guietal设计的叶轮，将效率提高到了84％，该叶轮的直径尺寸只有63mmt26

8、。这对小流量离心压缩机效率来说是一次质的飞跃。杨策等介绍了一个

9、流量为0．215kg／s，转速为95000r／min，压比为1．8的带分流叶片的小流量离心压气机的设计过程，使用Navier．Stokes方程对该离心压气机在设计工况下进行了数值模拟，通过对结果的分析发现该压气机大体达到用户要求f271。史建军、莫子高等通过实验的方式研究了某一小流量离心压缩机因采用不同入口尺寸的扩压器其性能的变化情况，其中用于试验的叶轮的叶片型线复杂，采用“全可控涡”方法设计，设计转速1340r／min。实验结果表明扩压器的入口尺寸在很大程度上决定着机器的性能恻。某小流量离心压缩机设计与优化西安交通大学的程航、闻苏

10、平等利用人工神经网络、遗传算法和CFD技术相结合的方法，对小流量系数离心压缩机叶轮进行优化。研究结果显示通过扩宽叶轮流道轴向宽度和采用载荷分布均匀的叶片可提升该小流量叶轮的气动性能【29

11、。朱智富、王航等人通过数值模拟的方法，以车用涡轮增压器离心压气机为研究对象，在设计转速120000r／min下小流量工况时对其内部流动的非定常效应进行模拟，明确了喘振发生前离心压气机各部件非定常流动的特点，通过对稳态结果的研究发现了在近喘工况时所有部件性能均表现出恶化的趋势，并根据以上研究结果探讨了1种新的压气机喘振发生机理【301。1．5OFD技

12、术在流体机械中的应用在还未出现CFD技术之前，对机器的设计主要是采用理论分析和制造出实际的样机并对其运行的性能进行测量的方法，在这基础上改进、优化机器的结构、效率等指标。大量且重复性的工作，必然造成资源的消耗、人力的浪费，最终也不一定能达到预想的结果。较长的设计周期、受到科技水平和认知局限的制造技术等不利因素阻碍着世界各国的研究者开发出高性能的机器。与实验和理论分析相比，数值模拟方法以其自身的特点和独特的功能，迅速被科研工作者认可与采纳，逐渐成为研究流体流动的重要手段，降低成本、缩短周期，并与实验和理论分析融合为一体，完善研究方法，

13、计算流体动力学(CFD：ComputationalFluidDynamics)应运而生p1

14、。随着技术不断完善，CFD方法的可靠性、准确性、效率得到极大提升，通过计算机软件辅助，降低成本、缩短研发周期，CFD技术也更加广泛地应用到了探索、研究各个领域所涉及的流体机械的内部流动中[31】。本文借助NUMECA软件对小流量离心压缩机组的设计结果进行数值模拟与分析。其为NUMECA国际公司开发的、采用最新的先进数值分析技术、集成化的CFD软件，其中分析软件包括FINETM／Turbo、FINETM／Marine、FINETM／Open等，

15、均包含有前处理、求解器和后处理三个部分；优化设计软件包括AutoDesign、FINE／Design3D以及AutoBlade；多场耦合软件包括MpCCI和VNoise。FINElM／Turbo适用于内部流动，FINEⅢ／Marine