几何参数变化对离心压气机性能影响的仿真研究

采用离心压气机性能仿真数学模型研究某些几何参数，如叶片顶部间隙，叶轮叶片出口角变化对压气机性能产生的影响，是当今设计高压比、宽工作范围、高效离心压气机的关键步骤。为此，首先建立了离心压气机性能仿真数学模型。为了验证数学模型的有效性，对Krain叶轮性能进行了计算。随后，对不同叶片顶部间隙，不同出口叶片角的压气机性能进行仿真研究。研究结果表明，随顶部间隙的增大，压气机效率及压比下降；后弯叶轮性能优于径向叶轮。     

遗传算法在离心压气机叶轮结构优化中的应用

利用遗传算法对离心压气机叶轮的结构进行优化设计。通过叶轮三无了流动的准正交面法计算得到离心压气机叶轮的增压经,以离心压气机叶轮增压比作为遗传算法优化设计的目标函数进行计算,获得最佳的离心压气机叶轮的结构设计参数,分析计算结果和流动曲线,验证遗传算法在离心压气机叶轮结构优化中的可行性。     

离心压气机的初步设计及其优化方法

提出了一种对工程实际设计具有指导意义的离心压气机初步设计及其优化计算方法。这种方法把离心压气机划分成几个截面进行迭代计算,使用完善的损失模型对离心压气机中出现的各种流动损失进行模拟,为了保证计算精度,该数学模型中对叶轮出口和扩压器入口区域采用交错网格方法对压力分布和速度分布进行求解。程序中可以优化的参数有6个,可在这6个参数中任意选取2个或3个参数进行优化计算,为了验证这种方法的可行性,对比了采用一般方法和采用本方法进行初步设计的计算结果。最后,对离心压气机初步设计及其优化方法中的几个问题进行了探讨,如不同叶轮后弯角对优化结果的影响,叶片入口平均宽度对优化结果的影响。部分损失系数随后弯角变化的趋等。     

离心压气机特性曲线形成机理分析

性能曲线是评价压气机性能的重要指标,对其变化趋势及形成机理的研究具有重要意义。本文对一广泛使用的离心压气机进行全三维CFD模拟,对压气机特性曲线,特别是最高效率点之后的压比特性曲线的若干特点进行分析研究,并总结出形成这些现象的流动机理,为研究者进一步理解压气机的流动特点,从而为指导设计出更高性能的压气机奠定了基础。     

离心压气机特性曲线形成机理分析

性能曲线是评价压气机性能的重要指标,对其变化趋势及形成机理的研究具有重要意义.本文对一广泛使用的离心压气机进行全三维CFD模拟,对压气机特性曲线,特别是最高效率点之后的压比特性曲线的若干特点进行分析研究,并总结出形成这些现象的流动机理,为研究者进一步理解压气机的流动特点,从而为指导设计出更高性能的压气机莫定了基础.     

小流量离心压气机的设计与流场计算

介绍了一个带有分流叶片的小流量离心压气机的设计过程。这个叶轮的主要设计参数为流量0．215kg／s，转速95000r／min，压比1．8。简要介绍了离心压气机设计系统，其中包括初步设计及优化模块，性能仿真模块，叶轮造型模块。使用三维NS方程对所设计的离心压气机在设计点的性能进行了计算，计算结果表明所设计的离心压气机基本能够满足设计要求。     

进口端壁导叶对离心压气机特性影响研究

针对进口端壁导叶对离心压气机特性影响进行了研究,通过在试验标定仿真模型的基础上对压气机内部的流动特性进行了详细的分析,结果表明:正预旋导叶使压气机的阻塞流量和喘振流量向小流量方向偏移,有效提升离心压气机的稳定性。而负预旋导叶在流量特性上与正预旋刚好相反,使压气机特性向大流量工况偏移。进口预旋导叶的存在明显改变了叶轮进口的相对气流角,正预旋能够使得入流气流冲角变小,从而带来效率的提升。负预旋会使压气机效率特性变差。虽然端壁正预旋导叶使离心压气机堵塞流量略有降低,但是效率和稳定明显提升,并进行了实验的验证。     

高转速径向进气离心压气机流场特性分析

以数值模拟的方式对某小型离心压气机内部三维流场进行了详细的研究,得到相应的特性曲线与主要的参数分布。计算结果的分析表明,在设计点其结果与设计值基本吻合;在堵塞状态时径向扩压器和轴向扩压器中都存在不同程度的分离,尤其是轴向扩压器中分离现象更为严重,这些都造成了不同程度的气流损失,导致了效率的降低;数值计算结果对进一步改进此类压气机设计有一定参考价值。     

小型离心压气机径向扩压器复杂涡系结构分析

对某小型离心压气机进行详细数值模拟,构建径向扩压器复杂涡系结构模型,重点分析设计、堵塞、失速工况下径向扩压器内部复杂涡系结构。研究表明：径向扩压器内部涡系结构主要包括前缘涡、两个通道涡（压力面侧通道涡与吸力面侧通道涡）以及喉部涡;主叶片吸力面的前缘涡是机匣侧低能流体在展向与流向压力梯度作用下形成的,喉部涡是吸力面侧通道涡沿分流叶片前缘的回流与前缘涡构成的;喉部涡在喉部的堆积是导致径向扩压器失速的原因,径向扩压器喉部的激波则是堵塞的原因;随流量的减小,前缘涡的涡核越向相邻主叶片压力面迁移。     

离心压气机弯管进口畸变非定常特性

采用数值模拟计算的方法研究了90°弯管对涡轮增压器装配的离心压气机进口流场产生的畸变,比较了两种不同轴向位置弯管所致的进口畸变对压气机性能的影响,并对压气机内部的三维非定常流动进行了频域分析.结果表明,弯管畸变对离心压气机性能的恶化程度与弯管所在位置有关,距离叶轮进口较远的弯管影响较大.畸变引起压气机性能在大流量时有明显降低,在小流量时性能恶化程度较小.弯管畸变导致叶轮进口前的压力脉动增强,大流量时改变了叶轮流道上游和叶顶间隙内的压力频谱结构,显著提高了转子基频的扰动强度.同时畸变也造成了叶片振动和蜗壳舌部噪声的恶化,在小流量工况下的作用更加明显.     

自循环机匣处理对某型离心压气机性能的影响

采用数值模拟的方法对比带/不带自循环机匣处理结构对某型离心压气机性能的影响进行研究。结果表明,自循环机匣处理结构基本不影响设计点压气机效率,可以增加压气机堵塞状态的流量,减小失速状态的流量。同时,文章展示了带/不带自循环机匣处理结构时压气机内部的流场情况,从流场流动的角度分析了自循环机匣结构引起压气机特性变化的原因。带机匣处理结构的压气机,在设计状态下,气流攻角不变,压气机效率基本不变;失速状态下,气流攻角改善,流动更加稳定;堵塞状态下,气流由机匣处理结构流入叶轮喉部下游,增加了叶轮排气流量,拓宽了堵塞流量。     

超临界氦气离心压气机流场分析

设计了一个包含离心叶轮、扩压器和回流器的单级超临界氦气离心压气机,并采用数值模拟方法对设计结果进行了三维数值模拟分析。通过对总特性、叶表压力分布、展向参数分布以及三维流场的分析,得到了高负荷超临界氦气离心压气机各部件内部的典型复杂流动特点。研究结果表明：相比常规工质,超临界氦气离心压气机单级压比较低,但叶轮与扩压器的负荷和级效率较高,且超临界氦气整体流动为亚音流,只在叶片前缘局部出现超音区。     

单级离心压气机气动性能预测与优化设计

为了提升低转速工况下压气机的气动性能,采用人工神经网络与遗传算法相结合的优化方法对某单级离心压气机离心叶轮的弯特性进行优化计算。利用NUMECA软件对该离心压气机进行了不同转速的数值模拟,得到压气机不同工况下的气动性能。通过设置不同控制参数和曲线形式对离心叶轮叶片进行参数化拟合,以8个改变叶片弯特性的参数为自由参数进行了叶型优化设计,最终得到了优化后的叶轮叶片。结果表明:优化后在低转速的设计工况下离心压气机压比增加了4.69%,稳定裕度拓宽了17.41%。     

某型多级轴流压气机三维CFD流场分析及气动优化

以某11级轴流压气机为研究对象,通过三维计算软件对某型压气机整机建模及流场进行了数值模拟,分别计算了设计工况、变工况及改变导叶安装角等工况的特性,得到了压气机流量－压比特性曲线、流量－效率特性曲线,与压气机的性能试验数据进行了对比,其误差在可允许范围内.同时对压气机的每一级的数据行了分析,总结了该压气机的气动设计规律.通过流场分析得到出口导叶的流场分布不合理的结论,并通过对其母型机的流场分析,提出了改进的方案.这些工作对压气机的设计开发提供了宝贵经验.     

离心压气机无叶扩压器设计研究

为研究无叶扩压器不同几何设计参数对离心压气机性能的影响,利用数值模拟方法,针对叶片数为16、压比为4.2、流量为0.9 kg/s的离心压气机通过改变其无叶扩压器叶轮出口处的叶高W₁、扩压器出口高度W₂、叶轮出口半径R₃、扩压器收缩段半径R₄和扩压器出口半径R₅的值进行仿真计算。分析数值模拟结果表明：W₂/W₁在0.82以下,应调整(R₄-R₃)/(R₅-R₃)的值在0.35以上,若(R₄-R₃)/(R₅-R₃)的取值偏小会造成收缩段后部发生边界层分离的情况,流动损失增加,导致压气机效率下降;W₂/W₁在0.82以上,应调整(R₄-R₃)/(R₅-R     

多级轴流压气机喘振特性分析

基于求解三维雷诺平均N-S方程,采用混合平面法并应用微机网络并行计算技术,结合Spalart-Allamaras一方程湍流模型,对某型多级轴流压气机非设计工况进行了数值计算,分析了近喘振工况下的流场特性。结果表明:在近喘振点时气流流量减小,在叶片吸力面尾缘处容易出现分离,而且叶根附近分离最强。数值模拟结果与实验数据吻合较好,可为压气机的设计和优化提供参考。     

叶片后弯角对车用离心压气机性能的影响

对比分析了6种不同转速下压气机性能的试验与仿真结果.在验证了ANSYS CFX软件用于压气机性能模拟分析中的可靠性后,采用数值模拟方法对3种不同叶片后弯角的叶轮进行了性能计算,得到了相关转速下的压气机特性曲线.仿真结果表明:在不改变压气机出口静压时,在一定的叶片出口角范围内,叶片后弯角的增加使两条特性曲线均向小流量方向偏移,但近喘振点边界得到了拓展,使得压气机的流量范围变得更宽;在小流量区域内,叶片后弯角的增大能够改善压气机内部流动状况,提高叶轮工作效率;而在大流量区域内,较大的叶片后弯角会使叶轮的流通特性降低,叶轮的工作效率反而会降低;适当增加叶片后弯角可以增大压气机工作范围,使压气机效率和流道内的流动均得到提高和改善.