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1、基于Vista,CCD的高增压比离心压气机设计和性能计算 信息，并结合Bladegen叶轮机械设计软件，生成对应的叶型和叶轮模型。接着利用Turbogrid 软件对叶轮模型划分网格。然后基于划分好的网格，利用CFX对离心叶轮的流场进行数值仿真计算。最终，依据计算结果分析叶轮番场中速度、压力等参数的分布状况和叶轮的气动性能，探讨影响叶轮性能的相关因素，为下一步叶轮的改进设计供应依据。 2.2 CCD设计参数 依据需求，离心叶轮的设计参数主要包括： 1.设计任务 标准条件下，压气机的设计转速54000r/min，流量1.8kg/s，设计状态下压比为8.1，效率为0.82。 2.几何参数选择 为兼顾
2、流通实力和高负荷条件下叶轮对气流的约束实力，采纳大小叶片的形式，主叶片和分流叶片数为11。 为兼顾作功实力和效率，采纳后弯角度为30度，同时叶片出口前倾23度。 叶片入口采纳基本对准气流相对速度的准则。 3.压气机其他参数 整个压气机采纳机加工方案，由此确定壁面光滑度并估算损失；扩压器采纳叶片式。 将以上设计参数输入Vista CCD中，计算出满意需求的离心叶轮并预料压气机整体性能，如图2和图3所示。 x 由Vista CCD预料的结果可见，该压气机基本能满意高增压比和相对高的效率要求，但是由于采纳了高转速、高负荷设计，压气机在高转速条件下的流量范围均很窄，工作的裕度较小，这与压气机叶轮进口、
3、出口超过音速，达到或接近拥塞有关。 3.离心叶轮工作流场验算 由于离心压气机的工作叶轮是压气机的关键部件，根据Vista CCD的估算，叶轮增压比将超过9，其气动性能是否稳定将干脆影响发动机设计好坏，为此，本文主要对离心叶轮54000r/min设计点的工作流场进行了CFD三维流场数值验算。计算采纳了图1中的计算流程，并利用S-A湍流模型。 1.网格的划分 将Bladegen生成的叶轮模型导入Turbogrid软件中，该软件是专业的叶轮机械处理软件，可以便利快速地对叶轮模型划分网格，计算所用的表面网格如图4所示。以该网格为基础，设置标准大气条件下，叶轮工作在设计转速时、设计背压条件下的边界条件，
4、通过CFX的CFD计算即可获得叶轮的工作流场。 从图5可见，在设计状态叶轮进口气流速度矢量的攻角、相对速度大小分布基本合理，小叶片起到了抑制高负荷叶片后段气流分别的作用，叶轮后段也采纳了叶片前倾的技术措施，但该叶轮级采纳了中等后弯角度的设计方案，加之气动负荷较高，在叶片后段80%叶高以上流淌分别的趋势明显，流淌损失相对较大，也限制了其稳定工作的范围，这也是制约叶轮整体效率进一步提高的主要缘由之一。 此外，计算表明：设计转速下，叶轮入口基本处于拥塞状态，叶轮设计状态的流量接近进口壅塞流量，这和图3中预料是一样的，但CFD计算的拥塞流量和设计点的流量均在2kg/s左右，大于设计值1.8kg/s约1
5、0%，究其缘由是实际叶轮中靠近进口叶根处入口马赫数小于1，整个叶轮拥塞面并不固定，也不是恰好在叶轮入口处，实际拥塞面面积均大于几何拥塞面，以上非线性的因素造成Vista CCD软件估算会有肯定的误差。 图7给出了整个叶轮通道中静压分布状况，可见离心增压的压力分布相对合理，但是由于高级增压比的要求确定了叶轮出口的速度将相对高，计算的设计点出口平均肯定马赫数在1.2以上，相对一般压气机偏大，这会增加扩压器中的流淌损失。此外，由于级负荷较高，间隙相对大，叶顶间隙的泄漏明显。图8可见，叶轮前段泄漏和后段的泄漏都较为明显，会影响叶轮通道的流淌和效率。 4.结论 本文基于Vista CCD软件，设计了一型
6、高增压比的离心压气机，并利用CFX软件对所设计离心叶轮的设计点的流场进行了仿真计算，分析计算结果得到如下结论。 Vista CCD供应了便捷的离心压气机设计工具。 高转速、高增压比离心叶轮进口基本处于壅塞状态，拥塞使其高转速范围内的流量特性很窄，特性线变得陡峭。 小流量、高增压比离心压气机后弯角、页顶间隙等因素对其工作效率、工作范围均有肯定影响。 参考文献 1 张金凤，袁野，叶丽婷，张伟捷.带分流叶片离心叶轮机械探讨进展J.流体机械，2022 2 徐忠.离心式压缩机原理M.北京： 机械工业出版社， 11010.5. 3 汤华.离心压气机流场分析与扩压器设计D.北京：中国科学院探讨生院， 202
7、2. 4 王伟.离心压气机三维流场数值探讨D.哈尔滨：哈尔滨工程高校动力与能源工程学院， 2022. 5 基于CFX的离心式压气机内部流场数值探讨D.大连：大连理工高校， 2022. 6 袁鹏，胡骏，王志强.带分流叶片离心叶轮气动设计及其流场分析J.燃气涡轮试验与探讨2022， 21： 33-37. 7 赖焕新、康顺等. 有无叶顶间隙条件下斜流风机叶轮内部三维流淌的数值探讨， 航空动力学报. 2002， 115： 17-21. 第5页 共5页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页