叶轮前缘掠和子午型线对离心压气机气动性能的影响研究

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1、学校代号10530学号201510161705分类号TH452密级公开硕士学位论文叶轮前缘掠和子午型线对离心压气机气动性能的影响研究学位申请人刘俊指导教师杨世平副教授学院名称机械工程学院学科专业工程硕士（机械工程领域）研究方向机械设计与制造二零一八年六月EffectofImpellerLeadingEdgeSweepandMeridionalProfileonAerodynamicPerformanceofCentrifugalCompressorCandidateLiuJunSupervisorAssociateProfessor.YangShiping

2、CollegeSchoolofMechanicalEngineeringProgramMechanicalEngineeringSpecializationDigitialDesignandManufacturingDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018湘潭大学硕士学位论文摘要离心压气机结构紧凑、工艺性好、单级压比高，作为高速、精密的重要装备，广泛应用于航空、石油化工、建筑、以及气力输送等部门。叶轮作为离心压气机的核心部件，其工作性能直接关系到整个系统的性能和可靠

3、性。而叶轮叶片的掠技术和子午型线的优化，都可以促进离心压气机的性能提高，但其在离心压气机中的作用机理不明确，对内部流动情况的影响不清晰，因此深入研究掠技术和子午型线对离心压气机的气动性能的影响具有指导意义。本文主要研究内容：（1）根据离心压气机的结构，建立三维模型，对叶轮和蜗壳进行不同网格精度的划分，通过CFX软件的数值模拟，分析其结果，确定所采取网格的最小精度，排除网格精度对仿真结果的影响。（2）搭建高速高效离心压气机实验台，通过实验得到实际特性曲线图；然后对该离心压气机进行数值仿真，计算出仿真的特性曲线，对这两个特性曲线图进行对比验证，证实数值仿真方法

4、的可靠性。（3）以不掠的离心压气机作为初始模型，通过修改分流叶片的前缘掠角，得到3组前掠和3组后掠，对不同的分流叶片前缘掠角进行数值仿真，得出各组气动性能参数，对比各组的特性曲线图，分析分流叶片前缘掠对离心压气机气动性能的影响。（4）采用4次Bezier曲线对轮毂子午和机匣的子午型线进行造型，通过分别平移子午型线的中间三个控制点的位置，各得出3组不同的轮毂和机匣子午型线，排列组合成9种组合方式，对不同子午型线的组合方式进行数值仿真，进而分析这种平移控制方式对离心压气机的性能影响，研究其影响的机理。研究掠技术发现：分流叶片前缘前掠使效率、压比增加，失速裕度和

5、稳定工作裕度减小；分流叶片前缘后掠使效率、压比降低，失速裕度和稳定工作裕度增加。研究子午面型线发现：机匣子午型线的中间控制点下移使得压比逐渐降低，效率、失速裕度和稳定工作裕度都先升高后降低；轮毂子午型线的中间控制点下移使得压比和效率升高，失速裕度和稳定工作裕度减小；对比分析机匣和轮毂子午型线对离心压气性能的敏感度，发现机匣子午型线的敏感度要高于轮毂子午型线的敏感度。通过本文的研究，为离心叶轮的设计提供了可参考的依据。关键词：离心压气机；离心叶轮；掠技术；机匣子午型线；轮毂子午型线I湘潭大学硕士学位论文AbstractCentrifugalcompresso

6、rhascompactstructure,goodcraftsmanshipandhighsingle-stagepressureratio.Asanimportantequipmentforhighspeedandprecision,centrifugalcompressorsarewidelyusedinaviation,petrochemical,construction,andpneumaticconveyingdepartments.Theimpelleristhecorepartofthecentrifugalcompressoranditsp

7、erformancedirectlydeterminestheoverallperformanceandreliability.Thesweepingtechnologyofimpellerbladesandtheoptimizationofmeridionallinescanallpromotetheperformanceofcentrifugalcompressors.However,themechanismofitsactionincentrifugalcompressorsisnotclear,andtheinfluenceoninternalfl

8、owconditionsisnotclear.Themeridio