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1、彎掠離心葉輪流動(dòng)機(jī)理研究及氣動(dòng)優(yōu)化馬季2015年6月中圖分類號(hào)：TK123UDC分類號(hào)：621.4彎掠離心葉輪流動(dòng)機(jī)理研究及氣動(dòng)優(yōu)化作者姓名馬季學(xué)院名稱機(jī)械與車輛學(xué)院指導(dǎo)教師伊衛(wèi)林副研究員答辯委員會(huì)主席馬朝臣教授申請(qǐng)學(xué)位工程碩士學(xué)科專業(yè)車輛工程學(xué)位授予單位北京理工大學(xué)論文答辯日期2015年6月9日StudyontheeffectsofbowandsweepbladeoncentrifugalimpellerperformanceandaerodynamicoptimizationCandidateName：JiMaSchoolorDepartment:SchoolofMechan
2、icalEngineeringFacultyMentor:AssociateProf.WeilinYiChair,ThesisCommittee：Prof.ChaochenMaDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:VehicleEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:Jun,9,2015研究成果聲明本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是我本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作獲得的研究成果。盡我所知，文中除特別標(biāo)注和致謝的地方外，學(xué)位論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表
3、或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得北京理工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過(guò)的材料。與我一同工作的合作者對(duì)此研究工作所做的任何貢獻(xiàn)均已在學(xué)位論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。特此申明。簽名：日期：北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要離心壓氣機(jī)是小型航空/地面燃?xì)廨啓C(jī)和渦輪增壓器壓氣機(jī)部件的主要形式，一直向高壓比、高效率、寬穩(wěn)定裕度方向發(fā)展，而常規(guī)的直母線葉輪難以滿足日益增長(zhǎng)的性能要求。彎掠技術(shù)可以有效提高壓氣機(jī)性能，但在離心壓氣機(jī)中的作用機(jī)理不明確、設(shè)計(jì)規(guī)律不清晰，因此深入開(kāi)展不同曲面葉輪流動(dòng)機(jī)理及性能研究具有現(xiàn)實(shí)的意義。另外，配備離心壓氣機(jī)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪增壓器常常需要在高海拔低
4、雷諾數(shù)工況下工作，壓氣機(jī)性能退化嚴(yán)重。通過(guò)不同高度雷諾數(shù)對(duì)離心壓氣機(jī)性能影響分析，探索基于彎掠葉輪的改進(jìn)方法及技術(shù)具有應(yīng)用價(jià)值?；诖耍疚闹饕_(kāi)展了以下研究?jī)?nèi)容：首先，研究不同彎型在離心葉輪中的應(yīng)用。利用設(shè)計(jì)軟件對(duì)離心葉輪進(jìn)行彎葉形改型設(shè)計(jì)，葉片彎的形狀主要由兩個(gè)參數(shù)“彎曲位置”以及“彎曲量”沿流向的分布決定，共設(shè)計(jì)12種前緣改型方案，4種尾緣改型方案。并通過(guò)數(shù)值方法得到其總體性能，進(jìn)而分析其內(nèi)部流場(chǎng)變化。研究表明，前緣負(fù)彎有助于提高壓氣機(jī)的峰值效率、壓比，并且越靠近葉頂，改善作用越明顯，負(fù)彎使阻塞流量提高。前緣70%展高7mm的負(fù)彎葉輪具有最高效率，效率較原型提高0.6%，阻
5、塞流量較原型提高4%。然后，研究不同掠型在離心葉輪中的應(yīng)用。首先分別對(duì)葉輪主葉片前緣、分流葉片進(jìn)行單獨(dú)掠型設(shè)計(jì)，通過(guò)數(shù)值計(jì)算得到其性能變化趨勢(shì)，并分析內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理，結(jié)果顯示：主葉片前緣頂部后掠使葉輪效率有所提高，但是會(huì)減小穩(wěn)定裕度，并且變化程度與改型程度成正比。而主葉片前緣中部后移會(huì)使葉輪工作的穩(wěn)定裕度擴(kuò)展。分流葉片的后掠會(huì)使峰值效率提高。組合主葉片前緣中部后移和分流葉片后掠得到的方案具有較好的氣動(dòng)性能，效率提高約0.7%，壓比提高約2%，裕度也有所提高。最后，研究低雷諾數(shù)對(duì)壓氣機(jī)性能的影響以及彎掠葉型的改善能力。結(jié)果顯示，在高空低雷諾數(shù)工況下，壓氣機(jī)性能惡化嚴(yán)重，尤其在20km
6、高空以上，壓氣機(jī)的效率和壓比下降幅值較大。與標(biāo)準(zhǔn)大氣條件工況相比，在10km、20km、30km高空峰值效率分別下降1.4%、6.4%和15.4%，最大壓比分別減小了0.15、0.66、1.49，工作裕度亦逐漸減小。通過(guò)改型葉輪在高空低雷諾數(shù)條件下適應(yīng)性研究發(fā)現(xiàn)，負(fù)彎葉形并未使葉輪峰值效率、壓比等參數(shù)提高，只是使堵塞流量變大。主葉片頂部后掠在20km高空并未對(duì)原型葉輪性能產(chǎn)生明顯的影響，Case(B)20km工況較地面裕度的下降有所I北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文減小。分流葉片后掠使得葉輪有所效率提升。組合葉型Case(O)在高空低雷諾數(shù)工況獲得了最好的氣動(dòng)性能，整體工作的流量范圍擴(kuò)展
7、較大(3.9%)，同時(shí)效率提高約0.6%。關(guān)鍵詞：離心葉輪；數(shù)值仿真；彎葉型；掠葉型；低雷諾數(shù)II北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractThecentrifugalcompressoristhemaincomponentsformofsmallgasturbineandturbocharger.Toimprovetheefficiency,developtheloadcapacityandwidentheoperatingmarginistheconsistenttrendof
