【摘要】： 當前小推力航空發(fā)動機及小功率民用燃氣輪機對壓氣機的結構和性能提出了新的挑戰(zhàn),除了要達到設計所需的流量、壓比和效率以外,也對機動性和靈活性等方面提出了更高的要求。與多級軸流式壓氣機相比,多級離心壓氣機具有重量輕、體積小、單級加功量大的特點,采用多級離心壓氣機成為解決這一難題的重要途徑。與國外相比,我國對多級離心壓氣機的研究剛剛起步,為了減小技術差距,縮短研究周期,提高設計能力,開發(fā)多級離心壓氣機的快速高效氣動設計平臺成為了首要任務。 多級離心壓氣機的氣動設計,包括一維初步設計、流道成型、S2流面計算、葉片造型、三維CFD驗證等階段。由于離心旋轉機械S2流面計算偏差較大,可靠性較低,一般直接改以Bezier曲線給定葉尖、葉根構造角的方式完成葉片造型,繼之以三維CFD驗證。本文在算法方面的工作主要包括: 1.對一維初步設計中的單級離心壓氣機模型進行改進,并以Krain葉輪為算例進行校核;加入彎道、回流器設計模塊;引入壓比分配、參數(shù)優(yōu)化算法;完成多級離心壓氣機初步設計模型。 2.開發(fā)了一種多級離心壓氣機流道造型算法;發(fā)展了基于直紋面幾何成型法的葉片造型技術;基于OpenGL技術,發(fā)展了可視化造型算法,使氣動設計與造型結果同步顯示,設計工作更加直觀。 3.完成所有算法的計算機程序實現(xiàn),將算法模塊封裝為動態(tài)鏈接庫(dynamic link library,dll),實現(xiàn)算法保護功能。 4.以上述程序及算法為基礎,開發(fā)出具有友好用戶圖形界面的多級離心壓氣機氣動設計平臺,能夠快速實現(xiàn)高性能離心壓氣機的氣動設計。 在此軟件平臺上,本文又繼續(xù)進行了如下工作: 5.用該軟件設計了一臺流量為3.5kg/s、壓比為9的高負荷雙級離心壓氣機;并用NUMECA求解器進行了三維性能驗證;對一些影響多級離心壓氣機氣動性能的影響因素進行了詳細分析。
【圖文】：

離心式壓氣機具有重量輕、體積小、單級加功量大的特點。在對于機動性，靈活性要求較高的動力裝置中，離心式壓氣機被廣泛使用。離心式壓氣機由導風輪、葉輪、擴壓器等組成，如圖1一1所示�？諝庥蛇M氣道進入壓氣機、經(jīng)過與葉輪一起旋轉的導風輪的導引進入葉輪。在高速旋轉葉輪作用下，，空氣由葉輪中心被離心力甩向葉輪外緣，壓力也逐漸提高，由葉輪流出的空氣進入擴壓器后速度降低，靜壓再次提高，最后由出氣管流出壓氣機。圖1一l離心式壓氣機結構示意圖隨著技術的進步，先進動力系統(tǒng)對于增壓比的要求越來越高，單級離心壓氣機已經(jīng)不能滿足需求，采用多級離心式壓氣機是既能解決更高的增壓比需求，又能滿足機動靈活要求的重要途徑。因此，多級離心式壓氣機的設計是評價一個現(xiàn)代推進動力技術的一個重要依據(jù)，對其氣動設計有待我們?nèi)ヌ剿鲗嵺`。

搶 搶搶 000 TTTIPRelati忱 Macfff山山 NNNNN”mbe『 『圖1一3離心壓氣機效率圖1一4葉尖進口馬赫數(shù)對效率影響圖l一 5JTAGGIH先進概念離心葉輪圖l一6前緣后掠葉輪圣1.2.2國內(nèi)研究狀況20世紀50年代，我國著名的科學家吳仲華教授提出了對葉輪機械發(fā)展具有劃時代意義的兩簇流面理論，奠定了葉輪機械內(nèi)部三元流場求解的基礎[7]。隨著吳氏二元理論的提出，離心壓氣機的設計方法開始由幾何設計或二維氣動設計向準三維氣動設計及全三維氣動設計方法轉變。許多國內(nèi)外專家學者利用這一理論對離心壓氣機進行了研究并取得了許多有益的成果。國內(nèi)在離心壓氣機三元葉輪的各類反命題設計方法中，以角動量的不同分布來控制葉片幾何型線的方法應用較廣。席光等人以德國宇航院(DF兒R)Kral’n博士設計并試驗的后向三元葉輪為研究對象，對其內(nèi)部流動及氣動性能進行了計算，在保留子午型線的前提下，改變角動量分布，對葉片重新設計，以研究角動量分布對葉輪內(nèi)部三維流場及總體性能的影響，發(fā)展了一種以三維粘性分析為參考準則的實用設計方法
【學位授予單位】：中國科學院研究生院（工程熱物理研究所）
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TH452

【引證文獻】

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1 郝維;離心葉輪變工況氣動性能計算及CFD驗證[D];天津大學;2012年

本文編號：2614762