高壓比離心壓氣機(jī)的流動(dòng)分析及優(yōu)化改型.pdf

1、作為核心的增壓裝置，離心壓氣機(jī)被廣泛應(yīng)用于中小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)及渦輪增壓器中，在國(guó)民生產(chǎn)和國(guó)防建設(shè)中均發(fā)揮著重要作用。近年來(lái)不斷增長(zhǎng)的軍事和能源需求對(duì)現(xiàn)代離心壓氣機(jī)的工作性能提出了更高的要求。針對(duì)離心壓氣機(jī)內(nèi)復(fù)雜流動(dòng)特征和流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的研究工作日顯重要，可以為高壓比、高效率和大流量離心壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)和工程指導(dǎo)。本文對(duì)某高轉(zhuǎn)速、高壓比離心壓氣機(jī)進(jìn)行了細(xì)致的流動(dòng)分析和優(yōu)化改型，該壓氣機(jī)由離心葉輪和兩列擴(kuò)壓器組成。工作主要內(nèi)

2、容如下：
　　1．對(duì)Eckardt實(shí)驗(yàn)葉輪內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行了的數(shù)值研究，結(jié)果表明本文采用的數(shù)值方法和條件設(shè)置不僅能夠較準(zhǔn)確地計(jì)算Eckardt葉輪的總體性能，還能很好地模擬離心葉輪內(nèi)的速度、壓力分布，并且捕捉到與實(shí)驗(yàn)相似的射流尾跡結(jié)構(gòu)。
　　2．詳細(xì)研究了設(shè)計(jì)工況下高轉(zhuǎn)速、高壓比離心壓氣機(jī)各組成單元（離心葉輪、徑向擴(kuò)壓器和軸向擴(kuò)壓器）的流動(dòng)特征，準(zhǔn)確指出了能量損失集中在離心葉輪機(jī)匣附近、徑向擴(kuò)壓器葉根和葉頂附近，并說(shuō)明了各區(qū)域能量

3、損失的主要原因。
　　3．深入分析了帶分流葉片離心葉輪內(nèi)射流尾跡的形成和發(fā)展，并詳細(xì)解釋了尾跡區(qū)是離心葉輪內(nèi)主要的低能流動(dòng)積聚區(qū)和高熵區(qū)。研究了葉頂泄漏流、前緣激波對(duì)流道內(nèi)附面層分離、回流現(xiàn)象和尾跡結(jié)構(gòu)的影響，并指出泄漏流、前緣激波和二次流彼此相互影響，它們共同主導(dǎo)了高轉(zhuǎn)速葉輪內(nèi)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和流動(dòng)損失。
　　4．根據(jù)壓氣機(jī)原型機(jī)的流動(dòng)分析結(jié)果，在保證子午流道不變的基礎(chǔ)上對(duì)離心葉輪和徑向擴(kuò)壓器進(jìn)行級(jí)環(huán)境下的優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后壓氣機(jī)

4、的總體氣動(dòng)性能大幅提升，設(shè)計(jì)工況下的流量、壓比和等熵效率分別提高8.2％、5.0%和13.1%。通過(guò)比較優(yōu)化前后離心壓氣機(jī)內(nèi)的流場(chǎng)特征，發(fā)現(xiàn)原來(lái)三個(gè)高損失區(qū)的氣流流動(dòng)得到改善，葉輪內(nèi)的尾跡結(jié)構(gòu)減弱，各列葉柵出口的氣流分布更加均勻。優(yōu)化后，離心葉輪的主葉片和分流葉片的載荷分布更加合理，做功能力提高；而徑向擴(kuò)壓器的擴(kuò)壓性能明顯提高，有效喉部面積增加。
　　5．另外通過(guò)對(duì)優(yōu)化前后高轉(zhuǎn)速葉輪內(nèi)流場(chǎng)的對(duì)比分析，深入探討了型面壓力對(duì)葉輪間隙流