高壓比離心式壓縮機(jī)流場分析及激波控制.pdf

1、隨著離心壓縮機(jī)在國防工業(yè)以及能源動(dòng)力等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，離心壓縮機(jī)逐漸向高壓比、大流量的方向發(fā)展，其性能的好壞受到越來越多的關(guān)注。離心壓縮機(jī)高壓比的要求，使得壓縮機(jī)的負(fù)荷增加，導(dǎo)致葉輪進(jìn)口相對馬赫數(shù)較高，容易在葉頂吸力面處產(chǎn)生激波，而由激波以及激波與附面層相互干擾產(chǎn)生的損失會(huì)大大降低離心壓縮機(jī)的效率，對壓縮機(jī)的高效運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，因此減弱激波強(qiáng)度、控制激波影響范圍是設(shè)計(jì)高效率、寬工況范圍高壓比離心葉輪的關(guān)鍵因素。
　　本文首先以設(shè)

2、計(jì)壓比為4.7的半開式離心葉輪（Krain）為研究對象，采用NUMECA軟件對其進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。通過試驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果的對比分析發(fā)現(xiàn)，本文數(shù)值模擬可以準(zhǔn)確預(yù)測流道內(nèi)氣體流動(dòng)情況及角區(qū)渦流，驗(yàn)證了數(shù)值模擬精度。通過對內(nèi)部流場的分析發(fā)現(xiàn)葉輪入口處存在較強(qiáng)的激波。其次對Krain葉輪進(jìn)行初步模擬設(shè)計(jì)，并根據(jù)初步設(shè)計(jì)葉輪研究不同軸向長度、不同前緣掠角以及不同前緣形狀對高壓比離心葉輪內(nèi)部流場、整體性能的影響，重點(diǎn)分析了其對入口激波的影響。結(jié)果表

3、明，軸向長度L與葉輪直徑D2的比值L/D2>0.3、葉片前掠7.5°有利于提高葉輪的整體性能，增大葉輪阻塞裕度；橢圓形葉片前緣可以有效控制激波強(qiáng)度，且隨著長短軸比的增加激波強(qiáng)度越來越弱，但長短軸比增加到3以后，性能提高越來越不明顯。最后對Krain離心葉輪進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核，通過與原始Krain葉輪流場的對比發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)葉輪入口激波強(qiáng)度以及激波影響范圍均得到有效控制。設(shè)計(jì)工況下葉輪出口多變效率提高0.3%，無葉擴(kuò)壓器出口多變效率提高1