【摘要】： 當(dāng)前小推力航空發(fā)動(dòng)機(jī)及小功率民用燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能提出了新的挑戰(zhàn),除了要達(dá)到設(shè)計(jì)所需的流量、壓比和效率以外,也對(duì)機(jī)動(dòng)性和靈活性等方面提出了更高的要求。與多級(jí)軸流式壓氣機(jī)相比,多級(jí)離心壓氣機(jī)具有重量輕、體積小、單級(jí)加功量大的特點(diǎn),采用多級(jí)離心壓氣機(jī)成為解決這一難題的重要途徑。與國(guó)外相比,我國(guó)對(duì)多級(jí)離心壓氣機(jī)的研究剛剛起步,為了減小技術(shù)差距,縮短研究周期,提高設(shè)計(jì)能力,開發(fā)多級(jí)離心壓氣機(jī)的快速高效氣動(dòng)設(shè)計(jì)平臺(tái)成為了首要任務(wù)。 多級(jí)離心壓氣機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì),包括一維初步設(shè)計(jì)、流道成型、S2流面計(jì)算、葉片造型、三維CFD驗(yàn)證等階段。由于離心旋轉(zhuǎn)機(jī)械S2流面計(jì)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(gòu)造角的方式完成葉片造型,繼之以三維CFD驗(yàn)證。本文在算法方面的工作主要包括: 1.對(duì)一維初步設(shè)計(jì)中的單級(jí)離心壓氣機(jī)模型進(jìn)行改進(jìn),并以Krain葉輪為算例進(jìn)行校核;加入彎道、回流器設(shè)計(jì)模塊;引入壓比分配、參數(shù)優(yōu)化算法;完成多級(jí)離心壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)模型。 2.開發(fā)了一種多級(jí)離心壓氣機(jī)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(shù);基于OpenGL技術(shù),發(fā)展了可視化造型算法,使氣動(dòng)設(shè)計(jì)與造型結(jié)果同步顯示,設(shè)計(jì)工作更加直觀。 3.完成所有算法的計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn),將算法模塊封裝為動(dòng)態(tài)鏈接庫(dynamic link library,dll),實(shí)現(xiàn)算法保護(hù)功能。 4.以上述程序及算法為基礎(chǔ),開發(fā)出具有友好用戶圖形界面的多級(jí)離心壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)平臺(tái),能夠快速實(shí)現(xiàn)高性能離心壓氣機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)。 在此軟件平臺(tái)上,本文又繼續(xù)進(jìn)行了如下工作: 5.用該軟件設(shè)計(jì)了一臺(tái)流量為3.5kg/s、壓比為9的高負(fù)荷雙級(jí)離心壓氣機(jī);并用NUMECA求解器進(jìn)行了三維性能驗(yàn)證;對(duì)一些影響多級(jí)離心壓氣機(jī)氣動(dòng)性能的影響因素進(jìn)行了詳細(xì)分析。
【圖文】：

離心式壓氣機(jī)具有重量輕、體積小、單級(jí)加功量大的特點(diǎn)。在對(duì)于機(jī)動(dòng)性，靈活性要求較高的動(dòng)力裝置中，離心式壓氣機(jī)被廣泛使用。離心式壓氣機(jī)由導(dǎo)風(fēng)輪、葉輪、擴(kuò)壓器等組成，如圖1一1所示�？諝庥蛇M(jìn)氣道進(jìn)入壓氣機(jī)、經(jīng)過與葉輪一起旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)風(fēng)輪的導(dǎo)引進(jìn)入葉輪。在高速旋轉(zhuǎn)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(jìn)入擴(kuò)壓器后速度降低，靜壓再次提高，最后由出氣管流出壓氣機(jī)。圖1一l離心式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖隨著技術(shù)的進(jìn)步，先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)于增壓比的要求越來越高，單級(jí)離心壓氣機(jī)已經(jīng)不能滿足需求，采用多級(jí)離心式壓氣機(jī)是既能解決更高的增壓比需求，又能滿足機(jī)動(dòng)靈活要求的重要途徑。因此，多級(jí)離心式壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)是評(píng)價(jià)一個(gè)現(xiàn)代推進(jìn)動(dòng)力技術(shù)的一個(gè)重要依據(jù)，對(duì)其氣動(dòng)設(shè)計(jì)有待我們?nèi)ヌ剿鲗?shí)踐。

搶 搶搶 000 TTTIPRelati忱 Macfff山山 NNNNN”mbe『 『圖1一3離心壓氣機(jī)效率圖1一4葉尖進(jìn)口馬赫數(shù)對(duì)效率影響圖l一 5JTAGGIH先進(jìn)概念離心葉輪圖l一6前緣后掠葉輪圣1.2.2國(guó)內(nèi)研究狀況20世紀(jì)50年代，我國(guó)著名的科學(xué)家吳仲華教授提出了對(duì)葉輪機(jī)械發(fā)展具有劃時(shí)代意義的兩簇流面理論，奠定了葉輪機(jī)械內(nèi)部三元流場(chǎng)求解的基礎(chǔ)[7]。隨著吳氏二元理論的提出，離心壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)方法開始由幾何設(shè)計(jì)或二維氣動(dòng)設(shè)計(jì)向準(zhǔn)三維氣動(dòng)設(shè)計(jì)及全三維氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)變。許多國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者利用這一理論對(duì)離心壓氣機(jī)進(jìn)行了研究并取得了許多有益的成果。國(guó)內(nèi)在離心壓氣機(jī)三元葉輪的各類反命題設(shè)計(jì)方法中，以角動(dòng)量的不同分布來控制葉片幾何型線的方法應(yīng)用較廣。席光等人以德國(guó)宇航院(DF兒R)Kral’n博士設(shè)計(jì)并試驗(yàn)的后向三元葉輪為研究對(duì)象，對(duì)其內(nèi)部流動(dòng)及氣動(dòng)性能進(jìn)行了計(jì)算，在保留子午型線的前提下，改變角動(dòng)量分布，對(duì)葉片重新設(shè)計(jì)，以研究角動(dòng)量分布對(duì)葉輪內(nèi)部三維流場(chǎng)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(zhǔn)則的實(shí)用設(shè)計(jì)方法
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TH452

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 郝維;離心葉輪變工況氣動(dòng)性能計(jì)算及CFD驗(yàn)證[D];天津大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2614762