一种离心叶轮三维叶片的快速成型方法

为了缩短离心叶轮叶片的三维设计周期，实现闭式离心叶轮自由曲面叶片的三维快速成型，本文提出了一种基于叶片中间面的自由曲面叶片快速成型方法。首先，采用三次均匀B样条理论对叶片中间面曲线坐标进行双向加密重构；然后，结合空间曲线参数方程及空间矢量相加法，则以重构后的中间网格面为基准建立初始叶片三维网格模型；最后，采用叶片中间面曲线坐标点绕轴旋转形成的空间曲线和初始叶片三维微元网格求交，求解获得单个自由曲面叶片曲面离散坐标。整个叶片三维建模过程可实现不同前、尾缘及厚度形状组合的离心叶轮三维叶片快速成型；该方法和传统的CAD建模方法相比，其调整叶片形状更加快捷便利，不仅能够提高离心叶片三维建模精度和效率，而且为叶片三维模型设计及优化提供了帮助。     

离心式压缩机叶轮参数化三维建模方法及实现

提出了一种离心压缩机叶轮参数化三维建模的方法,实现叶轮复杂形状的快速建模。针对该方法,利用MATLAB代码进行了实现,证明了该方法可大大提高模型的质量及建模效率,明显缩短设计开发周期,且为进行高效率的结构分析及高精度的流场计算(CFD)提供了一种新的途径。     

离心压缩机三元叶轮形状优化设计

在三维参数化建模的基础上,对某离心三元叶轮进口叶片的前缘进行了形状优化设计,在叶轮质量和变形满足要求的条件下,得到了叶轮进口叶片前缘的最优结构尺寸参数.降低了叶轮最大应力并改善了应力分布状态,为离心压缩机三元叶轮设计提供了重要的依据.     

大流量系数离心压缩机叶轮及扩压器气动设计与分析

本文以流量系数等于0.2的离心压缩机为研究对象,发展了大流量系数离心压缩机的设计与分析方法,完成了该压缩机叶轮+扩压器的一维方案设计、二维子午流道设计和三维叶片设计,并利用CFD软件对所设计的叶轮+扩压器进行了数值验证。结果表明:所发展的设计方法能够用于大流量系数离心压缩机研发,气动性能指标满足设计要求,对进一步优化设计和结构强度分析具有应用价值。     

离心压缩机的逆向工程与几何参数化方法及应用

以一台四级离心压缩机为研究对象,采用便携式三维激光扫描仪和硅胶灌注方式,有效解决了闭式离心叶轮三维扭曲叶片的测量问题。在此基础上,使用Numeca软件的Autoblade Fitting模块对离心压缩机通流部件的离散坐标进行了几何参数化建模,并利用CFD方法对整机进行了流场分析。研究表明:本文所开展的逆向工程及参数化建模方法能够用于压缩机流场分析。     

多级离心压缩机叶轮逆向工程气动设计

本文提出了一种离心压缩机备件转子新的制造方法,即多级离心压缩机叶轮逆向工程气动设计。以某多级离心压缩机机组为研究对象,对叶轮进行逆向工程气动设计。首先,分析机组数据表参数,反求各级叶轮气动性能,并以此作为设计目标;然后,在保证所有定子组件及子午结构不变前提下,进行叶轮设计,并对设计方案的气动性能和力学强度进行校核;最后,预测离心压缩机组的气动性能曲线。计算结果表明,设计点的气动性能、稳定运行工况范围以及强度性能均满足原压缩机机组的要求。     

大流量航空增压离心泵后弯叶轮参数化设计

高性能航空燃油泵的设计是提高航空发动机燃油控制系统性能的关键技术之一。在充分利用传统设计技术以及经验参数的基础上,提出了基于Bezier曲线的离心泵参数化设计方法;该方法充分考虑离心泵气蚀效应和效率等性能,对离心泵的子午面流道及三维叶轮进行参数化设计,并结合计算流体力学(CFD)方法对离心叶轮进行数值验证。最后,采用该设计方法,针对某大流量离心泵叶轮进行了参数化设计。结果表明,发展的参数化设计方法适用于高性能燃油泵离心叶轮的设计,该离心叶轮达到了设计指标,效率高达94.0%,并具有良好的变工况性能。该设计方法为后期发展燃油泵离心叶轮的全三维优化设计提供有效的技术基础。     

离心压缩机闭式叶轮轴向推力的计算方法研究

采用SA湍流模型对某离心压缩机的三维粘性流场进行了模拟。获得了该离心压缩机叶轮轮盘轮盖外侧的静压分布。采用实验对该离心压缩机叶轮轮盘轮盖外侧的静压分布进行了验证。在此基础上,提出了一种离心压缩机闭式叶轮轴向推力的计算方法。该方法考虑了叶轮种类、叶轮转速、叶轮直径、介质种类等因素对轴向推力的影响。最后,对某离心压缩机的叶轮轴向推力进行试验并和该方法的计算结果进行对比,计算结果和实验结果吻合良好。     

基于ANSYS Workbench的离心叶轮的振动特性分析

针对某型离心压缩机的叶轮使用SolidWorks建立模型,并通过ANSYS Workbench软体对其进行单向耦合分析。建立了离心叶轮的三维流场模型,得到了在设计转速下离心叶轮内部流场的应力分布,再将该气动力加载在叶片上,获得了离心力和气动力共同作用在叶片上的应力分布和最大变形量,最后对比分析了离心力和气动力对离心叶轮振动特性的影响。     

离心叶轮叶型参数化设计研究

基于最大流量设计原则,建立离心叶轮的基本结构与气动参数;采用子午型线设计、叶片中弧线设计和叶片厚度设计方法获得叶轮叶型的三维参数。以Eckardt计,并采用数值计算方法对新叶轮进行三维模拟,通过与原叶轮的性能对比验证了本文参数化设计的有效性。     

低速电驱离心压气机特定工况下内部流场的数值模拟

以压气机的三维流场作为主要研究对象,离心式径流风机为基础模型,确定车用增压器压气机蜗壳和叶轮大致尺寸参数,在此基础上,建立三维整体装配模型,对其进行了数值模拟,对各种离心压气机模型的性能进行预测,分析不同数量、形态叶片的叶轮对效率性能和内部流场压力速度分布的影响。通过计算结果的校核以确定离心压气机叶轮的合理配置方案,了解该离心压气机特定工况下的内部流动情况,以达到设计目标的要求,并为实现快速设计提供依据。     

带楔形扩压器的跨声速离心压气机设计及内部流场计算

采用离心压气机计算机辅助集成设计系统设计了带楔形扩压器的跨声速离心压气机。采用混合平面法对设计的跨声速离心压气机叶轮和扩压器内部流场进行了三维粘性计算,给出了叶轮和扩压器内部的计算结果。计算结果表明,在流量为2．45 kg/s工况下,压气机压比为6．22,压气机总效率为75％,叶轮内部出现典型的二次涡系结构。扩压器内的流场参数分布表明,扩压器前缘出现激波,在楔形扩压器内存在复杂的涡系结构,二次流动涡在扩压器内部经历了一个发生、发展和消失的过程。     

Robust design optimization method for centrifugal impellers under surface roughness uncertainties due to blade fouling

Blade fouling has been proved to be a great threat to compressor performance in operating stage. The current researches on fouling-induced performance degradations of centrifugal compressors are based mainly on simplified roughness models without taking into account the realistic factors such as spatial non-uniformity and randomness of the fouling-induced surface roughness. Moreover, little attention has been paid to the robust design optimization of centrifugal compressor impellers with considerations of blade fouling. In this paper, a multi-objective robust design optimization method is developed for centrifugal impellers under surface roughness uncertainties due to blade fouling. A three-dimensional surface roughness map is proposed to describe the nonuniformity and randomness of realistic fouling accumulations on blades. To lower computational cost in robust design optimization, the support vector regression (SVR) metamodel is combined with the Monte Carlo simulation (MCS) method to conduct the uncertainty analysis of fouled impeller performance. The analyzed results show that the critical fouled region associated with impeller performance degradations lies at the leading edge of blade tip. The SVR metamodel has been proved to be an efficient and accurate means in the detection of impeller performance variations caused by roughness uncertainties. After design optimization, the robust optimal design is found to be more efficient and less sensitive to fouling uncertainties while maintaining good impeller performance in the clean condition. This research proposes a systematic design optimization method for centrifugal compressors with considerations of blade fouling, providing a practical guidance to the design of advanced centrifugal compressors.     

MULTIOBJECT OPTIMIZATION OF A CENTRIFUGAL IMPELLER USING EVOLUTIONARY ALGORITHMS

Application of the multiobjective evolutionary algorithms to the aerodynamic optimization design of a centrifugal impeller is presented. The aerodynamic performance of a centrifugal impeller is evaluated by using the three-dimensional Navier-Stokes solutions. The typical centrifugal impeller is redesigned for maximization of the pressure rise and blade load and minimization of the rotational total pressure loss at the given flow conditions. The Bezier curves are used to parameterize the three-dimensional impeller blade shape. The present method obtains many reasonable Pareto optimal designs that outperform the original centrifugal impeller. Detailed observation of the certain Pareto optimal design demonstrates the feasibility of the present multiobjective optimization method tool for turbomachinery design.     

Optimal design of impeller for centrifugal compressor under the influence of one-way fluid-structure interaction

In this study, a method for optimal design of impeller for centrifugal compressor under the influence of Fluid-structure interaction (FSI) and Response surface method (RSM) was studied. Numerical simulation was conducted using ANSYS Multi-physics with various configurations of impeller geometry. Each of the design parameters was divided into 3 levels. Total 45 design points were planned by Central composite design (CCD) method, which is one of the Design of experiment (DOE) techniques. Response surfaces generated based on the DOE results were used to find the optimal shape of impeller for high aerodynamic performance. The whole process of optimization was conducted using ANSYS Design xplorer (DX). Through the optimization, structural safety and aerodynamic performance of centrifugal compressor were improved.     

无叶扩压器对离心压缩机流场及性能影响的数值研究

采用自编的CFD程序数值研究了无叶扩压器对离心压缩机流场及气动性能的影响.采用当地时间步长、多重网格以及隐式参差光顺等技术来加速收敛,以质量流量来代替出口静压的出口边界条件,使出口静压在计算过程中与给定的流量工况自动匹配,大大节省了计算时间.对Krain叶轮后带等面积与直壁两种形式的无叶扩压器离心压缩机内部流场进行了计算与分析,结果表明:直壁型无叶扩压器离心压缩机的效率低于等面积无叶扩压器离心压缩机的效率;直壁型无叶扩压器使得叶轮出口的流动出现分离;扩压器的形式对离心叶轮的整体气动性能影响并不大;在进行离心叶轮数值研究时,叶轮后的延伸区最好采用等面积无叶扩压器,以尽量减小无叶扩压器所引起的计算误差.     

机载蒸汽压缩系统中离心叶轮的性能模拟及其研究

针对机载蒸汽压缩系统离心叶轮的性能进行了研究,并通过改变其主要参数得到不同的叶轮,对它们进行了数值模拟。结果表明:适当提高转速可以提高叶轮的压比,获得较高的等熵效率;利用大尺寸低转速离心压缩机理论的叶片数经验公式计算的叶片数不适合此类离心叶轮,实际叶片数目要比经验公式计算出来的小一些;叶片出口角度设计在60°以上时,叶轮具有较高的等熵效率;中间加载规律相比其它加载规律所生成的叶轮具有较大的压比和效率,喘振裕度大,喘振流量小,流场速度分布均匀,有很高的流通和做功能力,是理想的加载规律。研究的方法和结果对高转速机载蒸汽压缩机有一定的参考价值。     

叶轮机械叶片的计算机辅助设计

本文讨论了基于叶轮机械三元流动通用理论的叶型设计及优化过程,改进了叶型积迭和叶片加工用平面样板曲线的计算方法,发展了绘制叶片和叶轮的各种平面投影、空间轴测投影及消除被遮盖的隐藏线的计算机绘图方法,并已获得实际应用。本文给出了典型的实例。     

基于CFD的离心压缩机整级性能优化设计

本文采用CFD技术研究离心压缩机整级性能优化设计方法.首先用一元理论进行初始设计,应用全三维流场分析的方法分析叶轮、扩压器以及回流器叶片参数变化对压缩机性能的影响.在此基础上,对主要几何参数进行了优化设计.研究结果表明;通过在压缩机运行过程中调节扩压器叶片的角度,可以使压缩机的最大效率和工况范围均得到改善.对于本模型的压缩机,效率可提高3％以上.优化设计后压缩机整级气动性能得到明显改善.     

透平机械叶轮叶片三维参数化造型及六面体网格生成方法研究

叶轮是向心透平和离心压缩机中的重要部件,其几何形状比较复杂,采用良好的网格进行有限元分析,以获得精确的强度和振动特性,是其安全性的重要保证.针对叶轮结构特点,采用CAGD (computer aided geometric design) 技术实现叶轮的三维实体参数化造型;然后使用同胚原理和BMSweeping(sweeping via background mesh interpolation)等方法建立叶轮六面体网格生成方法.为了保证有限元分析的精确性,建立叶轮上叶片根部倒角、轮盘气道进口处等特殊结构的网格生成方法.100 kW微型燃气轮机的向心叶轮网格划分表明, 使用上述方法生成的网格质量较高,能很好地满足有限元分析要求.