向心叶轮气动设计及优化.pdf

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1、中图分类号：TK14向心叶轮气动设计及优化动力机械及工程李莹戴韧教授二○一三年五月学校代码：10252学号：102290068上海理工大学硕士学位论文向心叶轮气动设计及优化姓名李莹系别能源与动力工程学院专业动力机械及工程研究方向动力机械优化设计指导教师戴韧教授学位论文完成日期2013年05月UniversityofShanghaiforScienceandTechnologyMasterDissertationAerodynamicDesignandOptimizationofRadialInflowTurbineImpellerNameLiYingDepartmentSch

2、oolofEnergy&PowerEngineeringSpecialtyPowerMachineryandEngineeringResearchDirectionOptimalDesignofPowerMachinerySupervisorProfessorDaiRenCompleteDateMay2013学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学位论文保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。允许论文被查阅和借阅。本人授权上海理工大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复

3、制手段保存和汇编本学位论文。保密年□本学位论文属于不保密□学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：年月日摘要向心叶轮在小流量、高转速条件下可以实现大功率及高效率，而且结构紧凑、质量轻、制造成本低，在车辆、船舶、航空等领域中得到广泛应用。由于向心叶轮流道半径小，叶型转折大，气流的三维流动特性及

4、粘性作用更加显著，流道内气体更容易产生局部分离及涡流现象，气动设计中需要进一步挖掘潜力，提高性能。现阶段进行相关气动优化设计研究是向心叶轮的研究重点。本文针对向心叶轮的气动优化设计开展了以下工作：（1）根据总体性能要求，进行一维气动热力设计，分析并选取设计参数，计算设计出了初步的涡轮子午流道形状及叶轮速度参数三角形，为向心叶轮的三维气动优化设计提供合理的初始设计。（2）应用CFD软件模拟初始向心叶轮内流动，计算叶轮流动性能，考核设计指标。综合分析初始叶轮性能参数及内部流场，确定叶轮型线优化改进的参数范围。（3）应用Bezier函数对叶轮型线参数化，通过调整叶轮局部型线，控制叶

5、轮流道形状，以效率为优化目标，结合均匀试验设计完成对优化叶轮筛选。优化后涡轮效率提高了1%，叶轮性能也得到改善。（4）研究了叶轮轴向长度、轮缘比对气动性能的影响，发现选取较小轮缘比时，叶轮内气体流动损失明显减低。鉴于是对轴向长度和轮缘比两个因素的综合优化，轴向长度对叶轮气动性能的影响尚不明显。本文针对向心叶轮的优化，其结果说明了基于参数优选的优化设计方法是可行的，为向心叶轮气动性能的优化设计提供了参考。关键词：向心叶轮气动设计均匀设计优化ABSTRACTRadialinflowturbineachieveshighpowerandhighefficiencyatlowflow

6、ratesandhighspeeds。Itiswidelyusedinvehicles，shipsandaviationforitscompactstructure,lightweightandlowcost.However,duetoitssmallchannelradiusandlargebladeairfoiltwist,three-dimensionalflowismuchobviousandtheeffectoftheviscousforceismuchsignificant.Theseparatedvortexisinducedinsidetheflowchann

7、el.Comparedwiththeaxialflowturbine,theradialinflowturbineefficiencyisstilllower.Duringitsaerodynamicdesign,furtherpotentialhastobeexploredtoimproveitsperformance.Thekeyresearchfortheradialinflowturbineistofocusontheaerodynamicoptimizationdesign.Inthispap