《旋轉離心葉輪輪阻損失機理及降低研究》是依託西安交通大學，由聞蘇平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：旋轉離心葉輪輪阻損失機理及降低研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：聞蘇平
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
小流量係數離心壓縮機基本級（流量係數φ＜ 0.01～0.02時），輪阻損失約占其軸功率的30％～40％，使得壓縮機的多變效率低於60％。在離心泵中，當比轉速低於20～30時，輪阻損失約占軸功率的50％。由此可見，離心葉輪的輪阻損失是造成離心式流體機械效率低的重要因素。雖然目前國內外研究者對平板和管道的減阻研究很多，但是對於旋轉物體的減阻機理和結構的研究卻很少。本項目套用理論、實驗和數值相結合的研究方法，對具有不同的旋轉速度、各類力、壓力梯度、驅動流動、過流流量方向和大小條件下的離心葉輪輪阻損失產生機理、變化機制和影響因素進行深入研究。對具有的螺旋流向微槽減阻結構的旋轉圓盤，所形成的流向渦、馬蹄渦和湍流量對旋轉壁面湍流邊界層結構和摩擦阻力的變化規律影響進行詳細研究，探索和提出不同螺螺旋流向微槽減阻結構的型線、微槽截面的幾何結構和型線稠度對輪阻損失影響機理和關聯準則，建立離心壓縮機性能關聯關係
結題摘要
離心壓縮機小流量係數基本級中，葉輪的輪阻損失是影響小流量係數基本級效率的主要因素之一。本課題針對對小流量係數基本級的各部件的詳細流動機理研究和減阻技術的套用，進行了系統的實驗和數值研究。本課題主要在以下方面開展研究：一、系統地研究小流量係數基本級內部的流動損失機理和機器馬赫數對離心壓縮機基本級性能的影響。研究結果表明：邊界層堵塞效應在小流量係數基本級的損失機理中起到關鍵作用；小流量係數基本級在機器馬赫數比較小時隨機器馬赫數的增加級性能顯著提高，達到一定的機器馬赫數後基本級性能又隨著機器馬赫數增加而下降。同時無葉擴壓器和回流器的性能幾乎不受馬赫數變化的影響，靜止部件的性能主要由各個部件的進口氣流角和相對寬度所決定。 二、以流量係數φ1=0.01028基本級為研究對象，對葉輪和葉片擴壓器的非定常氣體流動特性進行研究，詳細分析了葉片擴壓器進口和葉輪出口的徑向間隙比Rgr對流道內氣體非定常特性的影響。研究結果表明：過小的徑向間隙比Rgr使得採用混合平面的定常計算效率較非定常計算效率結果明顯偏低；徑向間隙比Rgr的減小對葉輪葉片表面的靜壓係數時均值幾乎沒有影響，卻導致了葉輪葉片表面的靜壓係數波動幅值明顯增加。過小的徑向間隙比Rgr還導致葉片擴壓器的時均載荷和載荷波動幅值也出現明顯的增加。 三、套用9種湍流模型去預測轉靜盤系統流動問題，對各湍流模型計算精度進行比較，與實驗結果對比得出：標準k-ω模型和RSM模型在研究轉靜盤系統問題中能獲得較好的計算精度，RSM模型能夠準確地預測了轉靜盤系統的流動。 四、對離心葉輪盤/蓋外側空腔及密封結構氣體流動進行數值研究。研究結果表明：輪蓋側的泄漏量遠大於輪盤側泄漏量；得出計算泄漏量經驗公式中採用的空腔F2因子範圍為0.74～0.76；提出了考慮預旋的計算旋轉圓盤扭矩係數的經驗公式，並在不同機器馬赫數下驗證其可靠性與準確性。 五、建立了開式旋轉圓盤系統減阻實驗平台，並結合數值計算手段對微槽減阻的機理進行研究。研究結果表明圓盤開槽面積7.4%時螺線微槽使得旋轉圓盤的最大減阻率為6.1%，V型微槽兩側的壓力產生了正扭矩是其主要的減阻原因。微槽還能起到提高內徑與外徑處的靜壓差的效果。 六、套用多學科最佳化設計（Multidisciplinary Design Optimization，MDO）方法對軸流風機葉片的磨損機理和葉片耐
