多工况离心压气机叶轮设计

以某一设计工况点设计的压气机,为提高压气机在其他转速下的性能,分别分析了叶轮叶片入口直径、入口叶根角以及入口叶尖角对离心压气机性能的影响。优化的压气机与原设计模型相比,在低转速下效率增加了1.3%,压比提高了5.3%,且流通范围扩大,提高了压气机在低速工况下的工作性能。     

气动边界不确定条件下离心压气机叶轮优化设计

以某小型离心压气机为研究对象,基于非嵌入式概率配置点法和数值分析研究气动边界不确定性对离心压气机气动性能的影响规律,量化转速波动不确定对离心压气机压比的影响程度;提出一种基于不确定分析方法、代理模型、多目标优化算法的离心压气机气动稳健设计方法,为离心压气机及其他叶轮机械设计及应用提供重要参考。研究结果表明,优化后叶轮压比增大4.1%,压比方差降低13.52%,叶轮气动稳健性增强。     

叶片倾角对燃料电池低比转速离心压气机性能的影响研究

建立了某燃料电池汽车专用低比转速离心压气机三维仿真模型,研究其叶轮叶片倾角对于压气机整体性能的影响作用与流动机理。研究结果表明：在设计工况点附近叶片倾角0°与20°时相比压气机压比、效率无明显变化,大流量下叶片倾角20°效率、压比均有所降低。低转速时叶片倾角改变对于压气机功率影响作用较小,但当转速提升至60 000 r/min后,20°倾角相对0°倾角压气机整体功率下降了约2%。     

离心压气机改型设计及扩压器前掠分析

本文主要研究单级离心压气机的改型设计,并采用数值方法对楔形扩压器前掠展开了详细研究。在保持原有压气机叶轮外径不增加、流量和设计转速不变的条件下,将压比由4.0提高到4.5。在设计离心叶轮时,首先需要确定叶轮后弯角,为了真实评估叶轮后弯角对离心压气机效率和稳定性的影响,详细设计了后弯角为20°,25°,30°和35°的三维叶轮以及相匹配的楔形扩压器,最终选择35°后弯角叶轮。其次,后弯角为35°叶轮的设计点压比相对于设计目标偏低,将hub处弯角减小到30°达到增加设计点压比。最后,考虑到楔形扩压器各截面载荷的不同,研究了楔形扩压器前掠对性能影响。     

高压比大推力离心压气机流场分析

基于CFD设计了一款转速60000 r/min、压比7、流量1.5 kg/s的大推力压气机,采用spalart-allmaras湍流模型和Navier-Stokes方程组对压气机叶轮内的气体流动及其工作范围进行了数值模拟,分析了60000 r/min转速时最高效率点附近的相对马赫数和流线云图,开展了非设计转速下的流场分析,计算了不同转速下的工况,研究了设计转速下叶轮入口处激波和射流尾迹的流动情况。研究结果表明：设计工况条件下,等熵效率为84.25%,压比为8.167;转速从48000 r/min到54000 r/min时,等熵效率提高,流场改善,气动损失减小;压气机转速从60000 r/min增加到72000 r/min时,压气机等熵效率、气动损失减小、稳定工作范围收窄;高压叶轮的主要气动损失为叶片表面的激波损失、叶尖间隙损失、二次流损失及吸力面尾缘的低能流体。     

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。     

双列叶栅扩压器在增压器上的应用

本文通过在45GP130增压器上（用于海拔3600米高原内燃机车上高压比增压器,设计工况时的压比＝3.5,流量＝3.5公斤/秒）的两个不同叶轮K 1,K 2与机翼形双列叶栅扩压器和单列三角形扩压器进行了匹配试验,从试验特性曲线看出：双列扩压器明显地改善了离心压气机性能;不但等转速线平坦,加宽了流量范围,而对应点的压比,效率均高,高效区比单列扩压器宽度。试验结果证明,双列优于单列。     

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。     

高速离心压气机变工况模拟及叶轮叶片优化研究

离心压气机作为增压器核心部件,对增压器性能有决定性影响.利用CFD模拟软件ANSyS-Fluent,以某型涡轮增压器核心部件—压气机为研究对象,进行了设计转速下的变工况数值模拟,得到了不同质量流量下离心压气机的内流场数据,通过与实验数据进行对比,验证了仿真模拟的正确性.在额定工况下,对后弯叶轮叶片出口段沿旋转方向不同倾...     

Z305压气机内部流场数值分析及扩压器结构优化

为分析叶轮和扩压器耦合作用下的压气机内部流场,在级环境下对Z305增压器离心压气机进行了数值研究,结果表明该压气机的工作范围较狭窄和整级效率较低的原因在于叶轮出口段到扩压器进口处都存在较大的涡流区。通过减少扩压器叶片数和缩短叶片尾缘的长度,改善了叶轮和扩压器的耦合关系,使得压气机工作范围和在多工况下的效率和压比等性能参数都明显提高。     

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.     

小迷宫密封间隙对离心制冷压缩机性能的影响

为探讨小迷宫密封间隙设计条件下离心制冷压缩机性能变化规律,以离心制冷压缩机为研究对象,通过CFD方法对压缩机叶轮和迷宫密封内的流动进行模拟.研究结果表明:迷宫密封内的流体压力近似呈阶梯状降低;在叶轮入口流量相同时,随密封间隙增大,泄漏量和泄漏损失系数在小流量工况下增大的幅度较大;在同一密封间隙下,随着压缩机叶轮入口流量...     

Optimization of a seven-stage centrifugal compressor by using a quasi-3D inverse design method

This paper focuses on performance improvement of a centrifugal compressor. An inverse design method for 3D design approaches is formulated to address this concern. The design procedure encompasses two major steps. First, with the use of ball spine algorithm, which is an inverse design algorithm, on the meridional plane of impeller, the hub and shroud of impeller are computed based on a modified pressure distribution along them. Second, an original and progressive algorithm is developed for design of blade camber line profile on the blade-to-blade planes of impeller based on blade loading improvement. Full 3D analysis of the current and designed compressor is accomplished by using a Reynolds-averaged Navier-Stokes equations solver. A comparison between the analysis results of the current and designed compressor shows that the total-to-total isentropic efficiency and pressure ratio of the designed compressor under the same operating conditions are enhanced by more than 4.5% and 5%, respectively.     

离心压缩机末级最佳D_4/D_2值的数值研究

考虑到离心压缩机末级各通流元件之间的相互影响,将末级叶轮、无叶扩压器和排气蜗壳组合一起对扩压器出口直径与叶轮直径的比值D4/D2进行研究,通过对不同D4/D2条件下的整级模型进行数值模拟,研究扩压器流道长短对整级性能的影响,对离心压缩机末级流场及D4/D2值变化与离心压缩机整级性能的变化关系进行了详细的对比分析.研究结果表明,D4/D2值的变化对末级整级性能有较大的影响,并存在一个使级效率为最大值的最佳D4/D2值,D4/D2过大或过小都将使整级效率下降.     

离心压缩机动静干涉信号特征识别方法

离心式压缩机由于内部静、动叶片排的相对运动,气流在压缩机内部流动时会产生动静干涉,从而会产生不定常气流激振力和高振幅压力脉动。这种非定常动静干涉对压缩机的稳定正常运行和实际工作效率有着重要的影响。为了有效研究动静干涉的信号特征,首先,对某模型级压缩机试验台离心叶轮进行运行模态仿真计算从而得到叶轮干涉图;其次,确定进口导叶(inlet guide vanes,简称IGV)和出口扩压器(outlet guide vanes,简称OGV)对叶轮存在干涉的转速;最后,在确定的试验转速工况下进行应变测试和压力脉动测试。通过分析对比,验证了仿真转速工况下干涉特征频率的存在,也证实了应变信号更适用于识别干涉信号特征。通过总结干涉较严重的转速工况干涉特征频率与叶轮固有频率的关系,为离心压缩机进一步改进设计奠定了基础。     

自循环机匣处理对离心压气机气动性能影响分析

对比分析了带实壁机匣与带处理机匣的压气机模型在多工况下的气动性能,结果表明,在不同转速下,处理机匣结构都具有不同程度的扩稳作用,但同时也造成绝热效率有所降低,而且峰值效率损失随着转速增大而加剧;处理机匣前后槽口与叶顶通道形成的回流运动可有效地削弱激波与间隙泄漏流的强度以及二者的相互作用,有利于改善叶轮通道的气体流通性。     

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。     

Experimental and numerical investigations of radial flow compressor component losses

This research numerically and experimentally investigates a small turbocharger radial flow compressor with a vane-less diffuser and volute. The geometry of the compressor is obtained via component scanning, through which a 3D model is prepared. The flow inside this model is numerically analyzed by using a Navier-Stokes solver with a shear-stress transport turbulence model. The characteristic curves of the compressor and the contributions of its components to total pressure drop are acquired by measuring the static and total pressures at different cross sections of the compressor. Numerical results are verified with the experimental test results. The model results exhibit good agreement with the experimental results. In particular, the results show that the losses related to the impeller are higher than those related to the stationary components at different conditions, with the former causing a decline of at least 15% in compressor isentropic efficiency. The contribution of stationary components to efficiency decrease is approximately 4.8% at maximum efficiency mass flow rate and is limited to 7.1%. At low mass flow rates, the contribution of the diffuser to efficiency decline is higher than that of the volute. This finding is reversed at high mass flow rates. The performances of the diffuser and the volute are also studied by exploring total pressure and static pressure recovery coefficients, as well as the net radial force on the impeller shaft under a wide operating range.